[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102308001B1 - On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel - Google Patents

On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel Download PDF

Info

Publication number
KR102308001B1
KR102308001B1 KR1020187034821A KR20187034821A KR102308001B1 KR 102308001 B1 KR102308001 B1 KR 102308001B1 KR 1020187034821 A KR1020187034821 A KR 1020187034821A KR 20187034821 A KR20187034821 A KR 20187034821A KR 102308001 B1 KR102308001 B1 KR 102308001B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
weld
amount
welding
less
Prior art date
Application number
KR1020187034821A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180132959A (en
Inventor
앤드류 제이 와슨
더글라스 피 페어칠드
현우 진
신 위에
이욱 한
상철 이
봉근 이
종섭 이
Original Assignee
엑손모빌 리서치 앤드 엔지니어링 컴퍼니
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엑손모빌 리서치 앤드 엔지니어링 컴퍼니, 주식회사 포스코 filed Critical 엑손모빌 리서치 앤드 엔지니어링 컴퍼니
Publication of KR20180132959A publication Critical patent/KR20180132959A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102308001B1 publication Critical patent/KR102308001B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/004Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a metal of the iron group
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261Rods, electrodes, wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0288Welding studs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/3073Fe as the principal constituent with Mn as next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/23Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K9/232Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded of different metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

본 발명은, 고 망간 강 베이스 금속을 저 탄소 강 베이스 금속에 접합하기 위한 용접 조성물뿐만 아니라 이를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 조성물은, 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소; 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간; 약 2.0 중량% 내지 약 8.0 중량%의 크롬; 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴; 약 10 중량% 이하 양의 니켈; 약 0.7 중량% 이하 양의 규소; 약 100ppm 이하 양의 황; 약 200ppm 이하 양의 인; 및 철을 포함하는 잔부를 포함한다. 일 실시양태에서, 상기 조성물은 오스테나이트 미세구조를 갖는다.The present invention relates to a welding composition for joining a high manganese steel base metal to a low carbon steel base metal, as well as a system and method therefor. The composition comprises in the range of about 0.1% to about 0.4% by weight carbon; manganese in the range of about 15% to about 25% by weight; from about 2.0 weight percent to about 8.0 weight percent chromium; molybdenum in an amount up to about 2.0% by weight; nickel in an amount up to about 10% by weight; silicon in an amount up to about 0.7% by weight; sulfur in an amount of about 100 ppm or less; phosphorus in an amount of about 200 ppm or less; and the remainder comprising iron. In one embodiment, the composition has an austenitic microstructure.

Description

향상된 내마모성 고 망간 강용 현장 이종 금속 용접 기술On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel

본 발명은 금속을 용접하는 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 향상된 내마모성을 갖는, 저 탄소 강 구성요소를 고 망간(Mn) 구성요소에 접합시키는데 필요한 용접 금속을 제조하기 위한 재료 및 방법을 제공한다.The present invention relates to the field of welding metals. More particularly, the present invention provides materials and methods for making weld metal required to join low carbon steel components to high manganese (Mn) components with improved wear resistance.

관련 출원의 상호 참조Cross-referencing of related applications

본원은, 2016년 5월 2일에 출원된 미국 가출원 제 62/330,405 호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 전체가 본원에 참고로 인용된다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/330,405, filed May 2, 2016, which is incorporated herein by reference in its entirety.

채굴(mining) 작업(오일 샌드(oil sand) 채굴 포함)의 배관(piping) 시스템은 액체 또는 슬러리 중의 고체 암석 및 모래 입자의 혼합물을 가공 공장으로 운반하고 파편(debris)을 채굴 지역 또는 저장 지역으로 되돌리는 데 사용된다. 현재의 슬러리 수력-수송(hydro-transport) 파이프는 전형적으로 저탄소 파이프라인급 강(예: API 규격 5L X65 또는 X70 등급 강)으로 제조된다. 이러한 파이프는 심각한 연마성(abrasive)/침식성(erosive) 마모 및 부식(corrosion)으로 인해 벽 손실을 일으키고 수리 및 교체가 빈번한다. 따라서 이러한 배관 시스템은 종종 채굴 프로젝트에 상당한 작업 비용의 원천이 된다. 향상된 침식/마모/부식 내성을 갖춘 파이프 재료를 개발하는 데는 상당한 경제적 인센티브가 있다.Piping systems in mining operations (including oil sand mining) transport a mixture of solid rock and sand particles in liquid or slurry to a processing plant and transport debris to a mining or storage area. used to return Current slurry hydro-transport pipes are typically made of low carbon pipeline grade steel (eg, API Spec 5L X65 or X70 grade steel). These pipes cause wall loss due to severe abrasive/erosive wear and corrosion and frequent repairs and replacements. Therefore, these piping systems are often a source of significant operating costs for mining projects. There are significant economic incentives to develop pipe materials with improved erosion/wear/corrosion resistance.

오일 샌드 채굴 업계에서 강화된 내마모성 강에 대한 필요성이 또한 존재한다. 이러한 오일 샌드 퇴적물(deposit)은 1960 년대부터 상업적으로 회수되었으며 최근 몇 년 동안 회수율(recovery rate)이 증가했다. 역청 광석(bitumen ore)은 일반적으로 얕은 퇴적물(예: 깊이 100m 미만)에 대한 지표 채굴 기술 또는 보다 깊은 지하(예: 약 100m 이상 깊이)에 위치하는 깊은 퇴적물에 대한 원위치(in-situ) 열 추출(예: 증기, 화학 용매 및/또는 이들의 혼합물의 주입을 포함)에 의해 추출되었다. 얕은 오일 샌드의 지표 채굴을 위해 많은 유형의 중장비와 파이프라인이 활용된다. 첫째, 오일 샌드는 채굴된 물질을 트럭/차량으로 옮기는 삽(shovel)을 사용하여 전형적으로 굴착된다. 차량은 기름 모래 광석을 광석 제조(ore preparation) 시설로 옮기고, 여기서 채굴된 광석은 전형적으로 분쇄되고 뜨거운 물과 혼합된다. 오일 샌드 슬러리는 전형적으로 수력-수송 파이프라인을 통해 1 차 분리 셀(PSC)로 펌핑되며, 여기서 오일 역청은 일반적으로 모래와 물로부터 분리된다. 역청이 분리된 후, 남아있는 모래와 물 슬러리는 테일링(tailing) 파이프라인을 통해 모래가 침강되는 테일링 폰드(pond)로 수송된다. 다량의 슬러리 혼합물의 수력-수송은 종래의 금속 파이프라인 등에서 상당한 금속 손실을 야기하며, 이는 짧은 교체 사이클 및 상당한 작동 비용을 초래한다.There also exists a need for enhanced wear-resistant steels in the oil sands mining industry. These oil sand deposits have been commercially recovered since the 1960s, and recovery rates have increased in recent years. Bitumen ore is typically a surface mining technique for shallow sediments (e.g. less than 100 m deep) or in-situ heat extraction for deep sediments located deeper underground (e.g. depths greater than about 100 m). (eg, including injection of steam, chemical solvents and/or mixtures thereof). Many types of heavy equipment and pipelines are utilized for surface mining of shallow oil sands. First, oil sands are typically excavated using a shovel that transports the mined material to a truck/vehicle. Vehicles move the oil sand ore to an ore preparation facility, where the mined ore is typically crushed and mixed with hot water. The oil sand slurry is typically pumped via a hydro-transport pipeline to a primary separation cell (PSC), where the oil bitumen is typically separated from sand and water. After the bitumen is separated, the remaining sand and water slurry is transported through a tailing pipeline to a tailing pond where the sand is settled. Hydro-transportation of large amounts of slurry mixture causes significant metal losses in conventional metal pipelines and the like, resulting in short replacement cycles and significant operating costs.

따라서, 오일 샌드 채굴 및 광석 제조 공정은 다수의 장비/작업 영역(예: 삽 티쓰(teeth), 호퍼, 분쇄기, 컨베이어, 진동 스크린, 슬러리 펌프, 파이프라인 등)에서 여러 가지 응력 및/또는 충격 마모 문제를 수반한다. 예를 들어 하류의 슬러리 운반 및 추출 공정에서, 장비, 파이프라인(예: 수력-수송 파이프라인), 펌프 및/또는 PSC에서 직면하는 문제 중 일부는 장비/재료의 침식, 침식/부식, 부식, 응력, 마모 및/또는 연마 등을 포함한다. 이러한 장비/재료 침식/부식 문제 등으로 인해 심각한 수리, 교체 및/또는 유지 보수(maintenance) 비용뿐만 아니라 생산 손실이 초래된다.Thus, oil sand mining and ore manufacturing processes require a variety of stress and/or impact wear across multiple equipment/work areas (eg shovel teeth, hoppers, mills, conveyors, vibrating screens, slurry pumps, pipelines, etc.). entails problems Some of the problems encountered with equipment, pipelines (e.g. hydro-transport pipelines), pumps and/or PSCs, for example in downstream slurry transport and extraction processes, include erosion of equipment/materials, erosion/corrosion, corrosion, stress, abrasion and/or abrasion, and the like. These equipment/material erosion/corrosion problems, etc. result in significant repair, replacement and/or maintenance costs as well as production losses.

언급된 바와 같이, 슬러리 수력-수송을 위한 현재의 배관 구조는 전형적으로 저탄소 파이프라인급 강(예: API 규격 5L X70)으로 제조된다. 일반적으로, 슬러리 유동에서 고체가 빠르게 이동하면 파이프로부터 상당한 금속 손실(예를 들어, 내부 파이프 벽의 금속 손실)이 야기될 수 있다. 수성 및 폭기된(aerated) 슬러리 유동은 또한 전형적으로, 부식성 환경을 생성함으로써 파이프 침식을 가속화시킨다. 더욱이, 슬러리 내의 미립자 물질은 (중력의 영향 하에서) 특히 파이프의 내부 하부 절반을 따라 손상을 야기한다. 예를 들어, 오일 샌드 채굴 작업에서 모래와 물 슬러리를 운반하는 수력-수송 및 테일링 파이프라인은 작동 중 심각한 침식-부식 손상을 겪게 되는 반면 파이프라인의 바닥 부분(예: 6시 위치)은 전형적으로 가장 심각한 침식 마모를 경험한다.As mentioned, current piping structures for slurry hydro-transport are typically made of low carbon pipeline grade steel (eg API Spec 5L X70). In general, rapid movement of solids in a slurry flow can cause significant metal loss from the pipe (eg, metal loss in the inner pipe wall). Aqueous and aerated slurry flows also accelerate pipe erosion, typically by creating a corrosive environment. Moreover, particulate matter in the slurry (under the influence of gravity) causes damage, especially along the inner lower half of the pipe. For example, in oil sand mining operations, hydro-transport and tailing pipelines carrying sand and water slurries will experience severe erosion-corrosion damage during operation, whereas the bottom portion of the pipeline (e.g., the 6 o'clock position) will typically It experiences the most severe erosive wear.

파이프라인의 작동 수명을 연장시키기 위해 일부 채굴 운영자는 주기적으로 파이프라인을 회전시키는 관행을 이용했다. 예를 들어, 파이프라인은 때때로(예를 들어, 약 3000 시간 작동 후) 약 90°만큼 회전된다. 약 3 회전 후에 (예를 들어, 약 12000 시간의 작동 후에), 파이프라인은 전형적으로 완전히 교체된다. 마르텐사이트계 스테인레스 강, 표면 경화(hard-facing) 재료(예: WC계, 크롬-카바이드계) 및 중합체 라이닝 재료(예: 폴리우레탄)와 같은 다양한 재료가 오일 샌드 채굴 운영자에 의해 평가되고 사용되었다. 그러나, 이러한 재료는 전형적으로 마모/침식 성능(예: 중합체 라이너), 높은 재료/제조 비용(예: WC계 경질 금속(hard metal), 크롬-카바이드계 경질 금속 오버레이 재료) 또는 제한된 가용 두께(예: 이중 금속 다층 경질화된 강 재료)에 의해 단지 니체(niche) 적용례만을 확인하였다. 그러나, 파이프 침식 등은 심각한 문제로 남아 있으며, 보다 효율적인/경제적인 작동/해결책을 제공하기 위해 대안적 파이프 구조 및/또는 재료가 요구되고 있다.To extend the operational life of the pipeline, some mining operators have used the practice of periodically rotating the pipeline. For example, pipelines are rotated by about 90° from time to time (eg, after about 3000 hours of operation). After about 3 revolutions (eg, after about 12000 hours of operation), the pipeline is typically completely replaced. A variety of materials have been evaluated and used by oil sand mining operators, such as martensitic stainless steels, hard-facing materials (eg WC-based, chromium-carbide-based) and polymer lining materials (eg polyurethane). . However, these materials typically have abrasion/erosion performance (eg polymer liners), high material/manufacturing costs (eg WC-based hard metals, chromium-carbide-based hard metal overlay materials), or limited usable thicknesses (eg : Only niche applications were confirmed with a double metal multilayer hardened steel material). However, pipe erosion and the like remain a serious problem, and alternative pipe structures and/or materials are needed to provide more efficient/economical operation/solutions.

개선된 침식/마모/부식 성능을 갖는 개선된 강 조성물은 채굴 작업에서의 작동 비용을 감소시키기 위해 최근 개발되었다. 특히, 슬러리 파이프를 포함한 오일 샌드 채굴 적용례에서 향상된 마모/침식/부식 내성을 갖는 개선된 고 Mn 강이 개발되었다. 성공적으로 구현하기 위해, 고 Mn 강 슬러리 파이프 섹션들을 현장에서 함께 접합시켜 고 Mn 강 슬러리 파이프라인을 만들어야 한다. 슬러리 파이프라인은 여러 가지 유형의 접합 방법(거쓰 버트 용접(girth butt weld), 플랜지(flange) 및 기계식 커플링 포함)을 사용하여 구축된다. 플랜지 시스템 및 기계적 커플링 시스템 중 다수는, 금속성 고리(종종 저 탄소 강)가 파이프 말단에서 파이프 섹션의 외부에 접합되는 것을 필요로 한다. 고 Mn 강 슬러리 파이프를 저 탄소 강 고리 및 플랜지에 접합하는 데 사용되는 용접은 요구되는 강도 및 인성을 제공해야 하며 "용접성" 또는 사용 용이성에 대한 과도한 우려없이 현장 구축 중에 적용되어야 한다.Improved steel compositions with improved erosion/wear/corrosion performance have recently been developed to reduce operating costs in mining operations. In particular, improved high Mn steels with improved wear/erosion/corrosion resistance have been developed in oil sand mining applications including slurry pipes. For successful implementation, high Mn steel slurry pipe sections must be joined together in situ to create a high Mn steel slurry pipeline. Slurry pipelines are built using several types of joining methods, including girth butt welds, flanges, and mechanical couplings. Many of the flange systems and mechanical coupling systems require a metallic ring (often low carbon steel) to be joined to the outside of the pipe section at the pipe end. Welds used to join high Mn steel slurry pipes to low carbon steel rings and flanges must provide the required strength and toughness and must be applied during field construction without undue concern for "weldability" or ease of use.

현재 사용가능한 용접 기술은 저 탄소 강 구성 요소에 내침식성 고 Mn 강을 접합하기에 충분하지 못하다. 내침식성 고 Mn 강의 섹션들을 함께 접합하기 위해 지금까지 개발된 고 Mn 강 용접 금속은 저 탄소 강과 큰 비상용성을 갖는 화학 물질을 갖는다. 주조 하드필드(Hadfield) 강(일반적으로 철도 부품에 사용됨)을 용접하기 위해 사용되는 기존의 고 Mn 강 소모품은 최근 개발된 내침식성 고 Mn 강을 침식/부식 적용례, 예컨대 오일 샌드 적용례용 탄소 강에 접합하는 데 사용되는 충분한 용접 금속 강도를 제공하지 않는다. 표면 경화 적용례에 사용되는 고 Mn 강 용접 소모품은 이러한 이종 금속 용접 적용례에 필요한 용접 금속 인성 수준을 일관되게 제공할 수 없다.Currently available welding techniques are not sufficient to join erosion-resistant high Mn steels to low-carbon steel components. High Mn steel weld metals developed so far for joining together sections of erosion-resistant high Mn steel have chemicals with great incompatibility with low carbon steels. Conventional high Mn steel consumables used to weld cast hardfield steels (usually used in railway parts) can be used to convert recently developed erosion-resistant high Mn steels to carbon steel for erosion/corrosion applications, such as oil sand applications. It does not provide sufficient weld metal strength to be used to join. High Mn steel welding consumables used in hard-faced applications cannot consistently provide the weld metal toughness levels required for these dissimilar metal welding applications.

미국 특허 출원 공보 제 2013/0174941 호는 액화 천연 가스(LNG)용 저장 용기와 같은 극저온(cryogenic) 적용례용으로 개발된 고 Mn 강을 기술한다. 용접 금속은 문헌[J.K. Choi, et al, "High Manganese Austenitic Steel for Cryogenic Applications", Proceedings of the 22nd International ISOPE Conference, Rhodes, Greece 2012]에 기재된 것과 같은 극저온 고 Mn 강으로 개발되었다. 이러한 극저온 고 Mn 강 용접 금속은 -200℃까지의 매우 낮은 온도에서 충분한 인성을 제공하지만, 오일 샌드 적용례에서 확인되는 조건과 같은 높은 수준의 침식, 침식/부식, 부식, 응력, 마모 및/또는 연마를 포함하는 적용례에서 저 탄소 강 구성요소에 내침식성 고 Mn 강을 접합하는 데 적절한 용접 금속 강도를 제공하지 않는다.US Patent Application Publication No. 2013/0174941 describes a high Mn steel developed for cryogenic applications such as storage vessels for liquefied natural gas (LNG). Weld metals were developed as cryogenic high Mn steels such as those described in JK Choi, et al, "High Manganese Austenitic Steel for Cryogenic Applications", Proceedings of the 22 nd International ISOPE Conference, Rhodes, Greece 2012. These cryogenic high Mn steel weld metals provide sufficient toughness at very low temperatures up to -200°C, but with high levels of erosion, erosion/corrosion, corrosion, stress, wear and/or abrasion such as conditions found in oil sand applications. does not provide adequate weld metal strength for joining erosion-resistant high Mn steels to low carbon steel components in applications involving

따라서, 용접성 또는 사용 용이성에 대한 과도한 우려없이, 고 Mn 강 파이프라인 현장 구축, 및 내침식성 고 Mn 강 구성요소로의 다른 저 탄소 강 구성요소의 현장 접합 중에 적절한 강도 및 적절한 인성을 동시적으로 생성하는 오일 샌드 채굴 프로젝트를 위한 고 Mn 강 슬러리 파이프라인을 구축하는데 사용될 수 있는 용접 기술에 대한 필요성이 존재한다.Thus, simultaneously producing adequate strength and adequate toughness during in-situ construction of high Mn steel pipelines, and in-situ bonding of other low carbon steel components to erosion-resistant high Mn steel components, without undue concern for weldability or ease of use. There is a need for a welding technique that can be used to build high Mn steel slurry pipelines for oil sand mining projects.

특정 양태들에서, 본 발명은, 예컨대 저 탄소 강 구성요소를 내침식성 고 Mn 강 구성요소(예컨대, 고 Mn 강 슬러리 파이프 또는 다른 오일 샌드 구성요소)에 접합(예를 들어, 고 Mn 강을 고 Mn 강에 접합)시키기에 적절한 강도 및 인성을 달성하는 용접 금속 및 사용 방법을 제공한다. 본 발명은, 적용례에 적절한 용접 미세구조 및 기계적 특성을 생성하는 용접 금속 화학 물질, 용접 공정 및 용접 실시의 제어를 제공한다.In certain aspects, the present invention provides, for example, bonding a low carbon steel component to an erosion resistant high Mn steel component (eg, a high Mn steel slurry pipe or other oil sand component) (eg, a high Mn steel Weld metals and methods of use that achieve strength and toughness suitable for bonding to Mn steel are provided. The present invention provides control of the weld metal chemistry, welding process, and welding practice that produces weld microstructure and mechanical properties suitable for the application.

특정 실시양태에서, 용접 금속은, 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 크롬, 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 3 중량% 내지 약 10.0 중량%의 니켈, 약 1.0 중량% 이하 양의 규소, 약 200ppm 이하 양의 황, 및 약 200ppm 이하 양의 인을 포함하고, 잔부는 Fe(예: 약 70%)이다. 다른 실시양태에서, 용접 금속 특성(예컨대 강도 또는 인성)를 증진시키기 위해 첨가될 수 있는 다른 원소는 약 0.7 중량 이하의 티타늄이다.In certain embodiments, the weld metal comprises from about 0.1 wt% to about 0.4 wt% carbon, from about 15 wt% to about 25 wt% manganese, from about 2 wt% to about 8 wt% chromium, about 2.0 wt% % molybdenum in an amount of about 3 wt% to about 10.0 wt% nickel, silicon in an amount of about 1.0 wt% or less, sulfur in an amount of about 200 ppm or less, and phosphorus in an amount of about 200 ppm or less, the balance being Fe (e.g. : about 70%). In other embodiments, another element that may be added to enhance weld metal properties (such as strength or toughness) is up to about 0.7 weight titanium.

특정 실시양태에서, 상기 용접 금속은 하기 중 하나 이상을 포함한다: 약 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소; 약 18.0 내지 22.0 중량%의 망간; 약 3.5 내지 6.5 중량%의 크롬; 약 1.5 중량% 미만의 몰리브덴; 약 5.5 내지 8.5 중량%의 니켈; 약 0.4 내지 0.8 중량%의 규소; 약 150ppm 미만의 황; 및 약 0.7 중량% 이하의 티타늄(예: 약 0.15 내지 0.45 중량%의 티타늄).In certain embodiments, the weld metal comprises one or more of: about 0.1 to 0.3 weight percent carbon; about 18.0 to 22.0 weight percent manganese; about 3.5 to 6.5 weight percent chromium; less than about 1.5 weight percent molybdenum; about 5.5 to 8.5 weight percent nickel; about 0.4 to 0.8 weight percent silicon; less than about 150 ppm sulfur; and up to about 0.7 weight percent titanium (eg, about 0.15 to 0.45 weight percent titanium).

추가 실시양태에서, 상기 용접 금속은 약 0.15 내지 약 0.45 중량%의 티타늄을 포함한다.In a further embodiment, the weld metal comprises from about 0.15 to about 0.45 weight percent titanium.

다른 실시양태에서, 상기 용접 금속 미세구조는 오스테나이트 상을 갖는다. 특정 실시양태에서, 오스테나이트 상은 경질 α'-마르텐자이트로 변환될 수 있고, 변형시 마이크로트위닝(microtwinning)을 겪는다.In another embodiment, the weld metal microstructure has an austenitic phase. In certain embodiments, the austenite phase can be converted to hard α′-martenzite and undergoes microtwinning upon transformation.

또 다른 양태에서, 본원은, 용접 아크 안정성 및 용접 풀(pool) 유동 특성, 예컨대 허용가능한 용접성을 제공하는 점도 및 비드 형상을 제어할 수 있는 용접 장비 및 파라미터를 사용하여 용접 금속을 적용하기 위한 시스템을 제공한다. 특정 실시양태에서, 고 Mn 강과 저 탄소 강을 접합시키는 용접을 제공하기 위한 시스템은 가스 금속 아크 용접을 수행하는 소모성(consumable) 와이어 전극 및 가스 금속 아크 용접 전원을 포함한다. 특정 실시양태에서, 소모성 와이어 전극은 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 크롬, 약 2 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 니켈, 약 1.0 중량% 이하 양의 규소, 약 150ppm 이하 양의 황, 약 200ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함한다. 가스 금속 아크 용접 전원은 약 2.5 kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 발생시킨다.In another aspect, disclosed herein is a system for applying weld metal using welding equipment and parameters capable of controlling weld arc stability and weld pool flow properties, such as viscosity and bead shape to provide acceptable weldability. provides In certain embodiments, a system for providing welding for joining high Mn steel and low carbon steel includes a gas metal arc welding power source and a consumable wire electrode that performs gas metal arc welding. In certain embodiments, the consumable wire electrode comprises from about 0.1 wt% to about 0.4 wt% carbon, from about 15 wt% to about 25 wt% manganese, from about 2 wt% to about 8 wt% chromium, about 2 wt% % molybdenum in an amount of about 3% to about 10% by weight nickel, silicon in an amount of about 1.0% by weight or less, sulfur in an amount of about 150ppm or less, phosphorus in an amount of about 200ppm or less, and iron in an amount of about 200ppm or less. . A gas metal arc welding power source generates a welding heat input of less than about 2.5 kJ/mm.

특정 실시양태에서, 상기 소모성 와이어 전극은, 약 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소; 약 18.0 내지 22.0 중량%의 망간; 약 3.5 내지 6.5 중량%의 크롬; 약 1.5 중량% 미만의 몰리브덴; 약 5.5 내지 8.5 중량%의 니켈; 약 0.4 내지 0.8 중량%의 규소; 약 150ppm 미만의 황; 및 약 0.15 내지 0.45 중량%의 티타늄 중 하나 이상을 포함한다.In certain embodiments, the consumable wire electrode comprises about 0.1 to 0.3 weight percent carbon; about 18.0 to 22.0 weight percent manganese; about 3.5 to 6.5 weight percent chromium; less than about 1.5 weight percent molybdenum; about 5.5 to 8.5 weight percent nickel; about 0.4 to 0.8 weight percent silicon; less than about 150 ppm sulfur; and about 0.15 to 0.45 weight percent titanium.

다른 실시양태에서, 용접 열 입력은 약 0.6 kJ/mm 내지 약 1.0 kJ/mm 범위이다.In other embodiments, the welding heat input ranges from about 0.6 kJ/mm to about 1.0 kJ/mm.

추가의 양태에서, 본 명세서는 본원에 기술된 바와 같은 용접 금속을 적용하기 위한 방법을 제공한다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은, 허용가능한 용접성을 제공하기 위해 용접 풀 유동 특성, 예컨대 점성 및 비드 형상의 제어를 가능하게 하는 용접 장비 및 파라미터로써 본원에 기술된 용접 금속을 적용하는 단계를 포함한다. 용접 금속 화학 물질, 용접 조인트 기하 구조 및 용접 입력은 고화 균열에 대한 민감성을 줄이고, 내침식성 고 Mn 강 베이스 금속 및 저 탄소 강 베이스 금속에서 용접 금속 및 열 영향 구역(HAZ) 인성의 현저한 열하를 방지하도록 제어된다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 용접 금속은 오스테나이트 그레인을 포함하는 미세구조를 갖는다.In a further aspect, the present specification provides a method for applying a weld metal as described herein. In certain embodiments, the method comprises applying the weld metal described herein with welding equipment and parameters that allow control of weld pool flow properties, such as viscosity and bead shape, to provide acceptable weldability. . Weld metal chemistries, weld joint geometries, and weld inputs reduce susceptibility to solidification cracking and prevent significant degradation of weld metal and heat affected zone (HAZ) toughness in erosion resistant high Mn steel base metals and low carbon steel base metals controlled to do In a preferred embodiment, the weld metal of the present invention has a microstructure comprising austenitic grains.

또 다른 양태에서, 본원은, 내침식성 고 Mn 강과 저 탄소 강을 접합시키기 위한 용접 용착물(weld deposit)을 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 용접될 고 Mn 강 베이스 및 저 탄소 강 베이스, 및 용접 충전제 금속을 제공하는 단계; 및 용접 충전제 재료를 용융 및 냉각시켜 용접 용착물을 생성하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 용접 충전제 금속은 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 크롬, 약 2 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 10 중량% 이하 양의 니켈, 약 1.0 중량% 이하 양의 규소, 약 100ppm 이하 양의 황, 약 200ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함한다.In yet another aspect, provided herein is a method of creating a weld deposit for joining erosion resistant high Mn steel and low carbon steel. The method comprises: providing a high Mn steel base and a low carbon steel base to be welded, and a weld filler metal; and melting and cooling the weld filler material to form a weld deposit. In certain embodiments, the weld filler metal comprises from about 0.1 wt% to about 0.4 wt% carbon, from about 15 wt% to about 25 wt% manganese, from about 2 wt% to about 8 wt% chromium, about 2 wt% % molybdenum in an amount up to about 10 weight percent, nickel in an amount up to about 10 weight percent, silicon in an amount up to about 1.0 weight percent, sulfur in an amount up to about 100 ppm, phosphorus in an amount up to about 200 ppm, and iron.

특정 실시양태에서, 상기 용융이, 용접 충전제 금속에 약 2.5 kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 적용하는 것을 포함한다.In certain embodiments, said melting comprises applying a welding heat input to the weld filler metal of about 2.5 kJ/mm or less.

특정 실시양태에서, 상기 베이스는 용접될 부분을 포함하며, 이때 상기 부분은 약 25°보다 큰 경사를 갖는다.In certain embodiments, the base includes a portion to be welded, wherein the portion has an inclination greater than about 25°.

다른 실시양태에서, 용접 용착물은, 용접된 상태에서 항복 강도가 저 탄소 강 베이스의 항복 강도보다 크거나 또는 필요한 최소 항복 강도보다 크다.In other embodiments, the weld deposit has a yield strength in the welded state that is greater than the yield strength of the low carbon steel base or greater than the minimum required yield strength.

특정 실시양태에서, 용접 용착물은, 용접된 상태에서 약 70ksi보다 큰 항복 강도, 용접된 상태에서 70ksi보다 큰 극한 인장 강도, 및 -29℃에서, 약 27 J보다 큰 용접된 상태 CVN 중 하나 이상을 갖는다.In certain embodiments, the weld deposit has at least one of a yield strength greater than about 70 ksi in the welded state, an ultimate tensile strength greater than 70 ksi in the welded state, and a welded state CVN greater than about 27 J at -29°C. has

추가 실시양태에서, 베이스 금속의 열 영향 구역은 -29℃에서 약 27 J보다 큰 용접-후 CVN을 갖는다.In a further embodiment, the heat affected zone of the base metal has a post-weld CVN greater than about 27 J at -29°C.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 베이스 금속 또는 베이스 강은 침식/부식 내성 고 Mn 강이다.In any aspect or embodiment described herein, the base metal or base steel is an erosion/corrosion resistant high Mn steel.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 방법은, 용접 금속의 탄소 함량을 고 Mn 강 베이스 금속의 열 영향 구역의 탄소 양보다 적은 양으로 제한하는 단계를 추가로 포함한다.In any aspect or embodiment described herein, the method further comprises limiting the carbon content of the weld metal to an amount less than the carbon amount of the heat affected zone of the high Mn steel base metal.

전술한 일반적인 유용성 영역은, 단지 예로서 주어지며, 본 발명 및 첨부된 청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 조성물, 방법 및 공정과 관련된 추가의 목적 및 이점은 본원의 청구범위, 상세한 설명 및 실시예의 견지에서 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 양태 및 실시양태는 수많은 조합으로 이용될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 명시적으로 고려된다. 이들 부가적인 장점, 목적 및 실시양태는 본 발명의 범위 내에 명백하게 포함된다. 본 발명의 배경을 밝히고 특히 실시에 관한 추가 세부 사항을 제공하기 위해 본 명세서에 사용된 간행물 및 다른 문헌은 참고로 인용된다.The general scope of usefulness described above is given by way of example only and is not intended to limit the scope of the invention and the appended claims. Additional objects and advantages associated with the compositions, methods and processes of the present invention will be understood by those skilled in the art in light of the claims, detailed description and examples herein. For example, the various aspects and embodiments of the invention may be utilized in numerous combinations, all of which are expressly contemplated herein. These additional advantages, objects and embodiments are expressly included within the scope of the present invention. Publications and other documents used herein to set forth the background of the invention and particularly to provide additional details regarding its practice are incorporated by reference.

본 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 여러 실시양태를 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면은 본 발명의 실시양태를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1a, 1b 및 1c는 일 실시양태에 따른 고 Mn 강 대 탄소 강에 대한 이종 용접 매크로이다.
도 2는 빅톨릭(Victaulic) 고리 대 HMS 파이프 용접 및 용접 비드 순서를 도시하는 개략도이다.
도 3은 탄소 강 빅톨릭 고리를 내침식성 고 Mn 강 파이프에 접합시키는 용접을 도시하는 용접 단면 매크로이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate several embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. The drawings are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.
1A, 1B and 1C are heterogeneous weld macros for high Mn steel to carbon steel according to one embodiment.
2 is a schematic diagram illustrating a Victaulic ring to HMS pipe weld and weld bead sequence.
3 is a weld cross-section macro showing a weld joining a carbon steel bictolic ring to an erosion resistant high Mn steel pipe.

이하 상세한 설명에서, 본 개시의 특정 실시양태는 바람직한 실시양태와 관련하여 설명된다. 그러나, 이하의 설명이 특정 실시양태 또는 본 개시의 특정 용도에 특정되는 경우, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 단지 예시적인 실시양태의 설명을 제공한다. 이 개시 내용은 아래에 설명된 특정 실시양태에 한정되지 않고 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 있는 모든 대안, 수정 및 균등물을 포함한다.In the following detailed description, certain embodiments of the present disclosure are described in connection with preferred embodiments. However, when the following description is specific to a particular embodiment or to a particular use of the present disclosure, it is for illustrative purposes only and provides a description of exemplary embodiments only. This disclosure is not limited to the specific embodiments set forth below, but rather embraces all alternatives, modifications and equivalents falling within the spirit and scope of the appended claims.

전형적인 탄소-망간 강 용접과 비교하여, 고 Mn 강 용접 금속에서의 탄소, 니켈 및 망간의 농도로 인해, 고 Mn 강 용접 금속은 종래의 용접 기술로 적용하기가 어렵다는 문제가 있다. 고 Mn 강 용접 금속은 종래의 저 탄소 강 용접 금속과 비교하여 용융시 실질적으로 더욱 점성이다. 용융된 고 Mn 강 용접 금속의 점도가 증가하면 용접 에지와 베이스 금속 사이에 위치한 용접 토우(toe)에서 융합 결여 결함을 초래할 수 있다. 또한, 고 Mn 강 베이스 금속의 인성은 용접으로 인한 열 사이클에 민감한다. 결과적으로, 용접 중 열 입력이 너무 높으면, 고 Mn 강 베이스 금속 HAZ는 허용할 수 없는 수준의 인성을 초래할 수 있다. 또한, 용접 금속은 1 차 오스테나이트로서 고화된다. 따라서, 용접 금속 조성 및 용접 비드 프로파일이 적절히 제어되지 않으면 용접이 고화 균열을 일으키는 경향이 있다.Compared with typical carbon-manganese steel welding, due to the concentration of carbon, nickel and manganese in the high Mn steel weld metal, there is a problem that the high Mn steel weld metal is difficult to apply with conventional welding techniques. High Mn steel weld metal is substantially more viscous when melted compared to conventional low carbon steel weld metal. The increased viscosity of the molten high Mn steel weld metal can lead to lack of fusion defects in the weld toe located between the weld edge and the base metal. In addition, the toughness of the high Mn steel base metal is sensitive to thermal cycling due to welding. Consequently, if the heat input during welding is too high, the high Mn steel base metal HAZ can result in unacceptable levels of toughness. In addition, the weld metal solidifies as primary austenite. Therefore, if the weld metal composition and weld bead profile are not properly controlled, the weld tends to cause solidification cracking.

본 발명의 이종 용접 고 Mn 강(DMW-HMS)을, 현저한 강도 및 인성을 갖는 저 탄소 강 구성요소와 고 Mn 강 구성요소를 접합시키는 분야에 적용할 수 있다는 놀랍고도 예기치 않은 발견에 관한 시스템 및 방법이 본원에 기재되어 있다.The system and the surprising and unexpected discovery that the dissimilar welded high Mn steel (DMW-HMS) of the present invention can be applied in the field of joining high Mn steel components with low carbon steel components having significant strength and toughness and Methods are described herein.

다양한 양태 및 실시양태가, 오일 샌드 제조에 사용되는 고 망간 강 구성요소와 관련하여 예시된다. 그러나, 본 발명의 실시양태는 명백하게, 적절한 용접성, 강도 및 인성을 갖는 용접물(weldment)이 요구되는, 저 탄소 강 구성요소에 침식/마모 내성 고 망간 강 구성요소의 임의의 용접에 보다 폭넓게 적용된다. 다른 이러한 적용례는, 예컨대 내침식성 고 Mn 강 플레이트를 구조 저 탄소 강 또는 저 탄소 강 픽스쳐(fixture)에 접합하는 것을 포함한다. 하기 명세서에서 다양한 용어가 정의된다.Various aspects and embodiments are exemplified with respect to high manganese steel components used to make oil sands. However, embodiments of the present invention are obviously more broadly applicable to any welding of erosion/abrasion resistant high manganese steel components to low carbon steel components where a weldment with adequate weldability, strength and toughness is desired. . Other such applications include, for example, bonding erosion resistant high Mn steel plates to structural low carbon steel or low carbon steel fixtures. Various terms are defined in the following specification.

값의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 개재된 값 및 언급된 범위 내의 임의의 다른 명시된 또는 개재되는 값이 본 발명 내에 포함되는 것으로 이해된다. 이들 보다 작은 범위의 상한값 및 하한값은 독립적으로 상기 작은 범위 내에 포함될 수 있으며, 언급된 범위 내의 특별히 배제된 한계 값을 조건으로, 본 발명 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘다를 포함하는 경우, 포함된 한계값 둘다를 제외한 범위도 이 발명에 포함된다.Where a range of values is provided, it is understood that each intervening value between the upper and lower limits of that range and any other specified or intervening value within the stated range is encompassed within the invention. The upper and lower limits of these smaller ranges may independently be included within the smaller ranges, and are included within the invention, subject to any specifically excluded limits within the stated ranges. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding both included limits are also included in the invention.

하기 용어들은 본 발명의 설명하기 위해 사용된다. 용어가 본원에서 구체적으로 정의되지 않은 경우, 이 용어는, 본 발명의 설명에서 그의 사용과 관련하여 그 용어를 적용하는 당업자에 의해 당 기술 분야에서 인식된 의미로 주어진다.The following terms are used to describe the present invention. Where a term is not specifically defined herein, the term is given its art-recognized meaning by one of ordinary skill in the art applying the term in connection with its use in the description of the present invention.

상세한 설명 및 청구범위 내의 모든 수치는, 지시된 값을 "약" 또는 "대략"으로 변형되고 실험 오차 및 당업자에 의해 예상되는 변이를 고려한다.All numerical values within the specification and claims are modified by “about” or “approximately” the indicated values and are subject to experimental errors and variations expected by those skilled in the art.

본원 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 표현은 본원에서 명시적으로 달리 기재되지 않는 한, 하나 또는 그 이상(즉, 적어도 하나)의 대상을 지칭한다. 예로서, "요소"는, 하나의 요소 또는 하나 초과의 요소를 의미한다.As used herein and in the appended claims, the terms "a" and "an" refer to one or more (ie, at least one) of the subject matter, unless expressly stated otherwise herein. By way of example, “an element” means one element or more than one element.

본원 및 청구의 범위에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는, 이와 같이 결합된 요소, 즉 몇몇 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 나열된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있는지 여부와 상관없이, "및/또는" 문구에 의해 구체적으로 식별되는 요소 이외에 다른 요소가 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비-한정적인 예로서, "포함하는(comprising)"과 같은 개방형 종결 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 일 실시양태에서는 오직 A(B 이외의 원소를 임의로 포함); 다른 실시양태에서는 오직 B(A 이외의 요소를 임의로 포함); 또 다른 실시양태에서는, A 및 B 모두(임의로 다른 원소를 포함); 기타를 언급할 수 있다.As used herein and in the claims, the phrase “and/or” refers to “either or both” of the elements so joined, i.e., in some cases present in combination and in other cases separately present. should be understood to mean Multiple elements listed with "and/or" should be construed in the same way, ie, "one or more" of the elements combined. Other elements may optionally be present other than those specifically identified by the phrase "and/or", whether or not related to the specifically identified element. Thus, as a non-limiting example, when used in conjunction with an open terminating language such as "comprising," reference to "A and/or B" is, in one embodiment, only A (an element other than B). optionally included); in other embodiments only B (optionally including elements other than A); In another embodiment, both A and B (optionally including other elements); Others may be mentioned.

본원 및 청구범위에서 사용되는 "또는"은, 상기에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로 해석되어야 하며, 즉 요소의 수 또는 목록, 및 임의로, 비열거된 추가 항목 중 하나 이상(또한 하나 초과 포함)을 포함하는 것으로 언급된다. "오직 하나" 또는 "정확히 하나"와 같이 반대로 명확하게 지시된 용어, 또는 청구범위에서 사용되는 경우, "~로 이루어진"이라는 용어만이 요소의 수 또는 목록 중 적확히 하나의 요소의 포함을 의미할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 "또는"이라는 용어는 "어느 하나", "~ 중 하나", "~ 중 오직 하나 " 또는 "~ 중 정확히 하나"와 같은 배타적인 용어에 선행될 때 배타적인 대안(즉, "어느 하나 또는 다른 것(단 둘다는 아님)")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. As used herein and in the claims, “or” should be understood to have the same meaning as “and/or” as defined above. For example, when separating items in a list, "or" or "and/or" should be construed as inclusive, i.e., the number or list of elements and, optionally, one or more of the non-listed additional items (also one Including excess). Only terms explicitly indicated to the contrary, such as "only one" or "exactly one," or, when used in the claims, the term "consisting of" means the inclusion of exactly one element in the list or number of elements. something to do. In general, the term "or," as used herein, when preceded by an exclusive term such as "either", "one of", "only one of that is, "either one or the other (but not both)").

청구범위 및 상기 명세서에서, "포함하는", "비롯한", "함유하는", "가지고있는", "함유하는", "포함하는", "보유하는", "구성되는" 등의 모든 전이 문구는 개방형-종결인 것으로, 즉 포함하지만 이로 한정되는 것은 아님을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "~로 이루어지는" 및 "본질적으로 ~로 이루어지는"과 같은 전이 문구만이 10 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 개시된 바와 같이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 전이 문구일 것이다.In the claims and in the specification above, all transitional phrases such as "comprising", "including", "containing", "having", "containing", "comprising", "having", "consisting of", etc. is to be understood as meaning that it is open-ended, including but not limited to. Only transitional phrases such as "consisting of" and "consisting essentially of" will be closed or semi-closed transitional phrases, respectively, as disclosed in the 10 U.S. Patent Office Patent Examination Procedure Manual, Section 2111.03.

본원 및 청구의 범위에서 사용되는, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "하나 이상"이라는 문구는, 요소들의 목록 내의 요소들 중 어느 하나 이상으로부터 선택된(단, 요소들의 목록 내에 구체적으로 열거된 각각 및 모든 요소 중 하나 이상을 포함할 필요는 없으며 요소들의 목록 내의 요소들의 임의의 조합을 배제하지 않음) 하나 이상의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한 "하나 이상"이라는 문구가 언급된 요소 목록 내에서, 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있든지 없던지에 관계 없이, 구체적으로 식별된 요소 이외에 요소가 임의로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 하나 이상"(또는 등가적으로, "A 또는 B 중 하나 이상", 또는 등가적으로, "A 및/또는 B 중 하나 이상")은, 하나의 실시양태에서, B 없이 하나 이상의(임의로 하나 초과 포함) A(및 임의로 B 이외의 요소를 포함); 다른 실시양태에서 A 없이 하나 이상의(임의로 하나 초과 포함) B(및 임의로 A 이외의 요소를 포함); 또 다른 실시양태에서, 하나 이상의(임의로 하나 초과 포함) A, 및 하나 이상의(임의로 하나 초과 포함) B, (및 임의로 다른 요소를 포함); 등을 지칭한다.As used herein and in the claims, the phrase “one or more” in reference to a list of one or more elements means that the phrase "one or more" is selected from any one or more of the elements in the list of elements, provided that each and It is not necessary to include one or more of all elements and does not exclude any combination of elements in a list of elements) should be understood to mean one or more elements. This definition also allows for elements other than the specifically identified element to be arbitrarily present within the list of elements in which the phrase "one or more" is referenced, whether or not related to the specifically identified element. Thus, by way of non-limiting example, “at least one of A and B” (or equivalently, “at least one of A or B,” or equivalently, “at least one of A and/or B”) is one one or more (optionally including more than one) A (and optionally including elements other than B) without B; one or more (optionally including more than one) B (and optionally including elements other than A) without A in other embodiments; in another embodiment, one or more (optionally including more than one) A, and one or more (optionally including more than one) B, (and optionally including other elements); refer to, etc.

이와 반대로 명확히 지시되지 않는 한, 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에서, 상기 방법의 단계 또는 동작의 순서는, 상기 방법의 단계 또는 동작이 언급된 순서로 한정될 필요는 없다.Unless expressly indicated to the contrary, in any method claimed herein that includes one or more steps or acts, the order of the method steps or acts need not be limited to the order in which the method steps or acts are recited. none.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 발명의 설명에 사용된 용어는 특정 실시양태를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description of the present invention is for the purpose of describing particular embodiments only, and is not intended to limit the present invention.

정의:Justice:

연성(ductility): 파괴되기 전에 상당한 가소 변형을 겪는 재료의 능력의 척도를 의미할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 이는 신율(% EL) 또는 면적 감소율(% AR)로 표현될 수 있다. Ductility: can mean, but is not limited to, a measure of the ability of a material to undergo significant plastic deformation before failure. This can be expressed as elongation (% EL) or area reduction (% AR).

내부식성(부식 내성): 반응성 또는 부식성 환경에 노출됨으로써 야기되는 열화에 대한 재료 고유의 내성을 의미할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. Corrosion Resistance (Corrosion Resistance): Can mean, but is not limited to, the inherent resistance of a material to degradation caused by exposure to reactive or corrosive environments.

인성(toughness): 균열 개시 및 전파에 대한 내성을 의미할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. Toughness: can mean, but is not limited to, resistance to crack initiation and propagation.

항복 강도(yield strength): 변형 없이 하중을 견딜 수 있는 재료의 능력을 의미할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. Yield strength : can mean, but is not limited to, the ability of a material to withstand a load without deformation.

인장 강도: 파괴 메카니즘이 선형 탄성 파괴가 아닌 경우, 응력의 단위로 재료의 최대 하중 운반 능력에 상응하는 강도를 의미할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. Tensile strength: When the failure mechanism is not linear elastic failure, it may mean, but is not limited to, the strength corresponding to the maximum load-carrying capacity of the material in units of stress.

냉각 속도: 일반적으로 재료 단편의 중심 또는 실질적으로 중심에서 측정되는 재료 단편의 냉각 속도를 의미할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. Cooling rate: can mean, but is not limited to, the cooling rate of a material piece measured generally at or substantially at the center of the material piece.

열 영향 구역(heat-affected-zone, HAZ): 용접 작업 중에 용융되지 않지만 용접의 열에 의해 영향을 받는 용접 융합 라인에 인접한 베이스 금속을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Heat-affected-zone (HAZ): may mean, but is not limited to, a base metal adjacent to a weld fusion line that is not melted during a welding operation but is affected by the heat of the weld.

용접물: 용접에 의해 접합된 구성 부품의 어셈블리를 의미할 수는 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. Weldment: may mean, but is not limited to, an assembly of component parts joined by welding.

용접 비드 침투 프로파일: 횡단면에서 관찰 시 용접 비드의 바닥(루트) 부근의 용접 비드의 형상을 의미할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. Weld bead penetration profile : It may mean, but is not limited to, the shape of the weld bead near the bottom (root) of the weld bead when viewed in a cross-section.

용접성: 특정 금속 또는 합금을 용접하는 가능성을 의미할 수는 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 때로는 용접성은, 용접 동안 수소 유도형 균열의 민감성을 지칭하지만, 본 명세서의 문맥에서 용접성은 융합 결여, 침투 결여 또는 언더컷(undercut)과 같은 결함을 생성하지 않는 용접의 용이성을 지칭한다. 높은 표면 장력의 용융된 용접 풀 및 불규칙하거나 불안정한 용접 아크를 포함하여 불량한 용접성에 기여하는 인자는 여러 가지가 있다. 이러한 인자는, 인접한 베이스 금속의 용접 풀의 불량한 습윤성, 용접 토우에서의 날카로운 (또는 작은) 재진입 각 및 바람직하지 않은 용접 스패터(spatter)를 포함하여 용접기에서 관찰되는 증상을 유발한다. 양호한 용접성을 얻는 것은 양호한 용접 풀 유동성, 아크 안정성("스무스(smooth)" 아크), 베이스 금속과의 접합부에서의 용접 풀의 양호한 습윤성, 양호한 비드 침투 기하 구조(모두 용접 결함 감소를 목표로 함)를 비롯한 속성 군을 일컫는다. Weldability : Can mean, but is not limited to, the ability to weld certain metals or alloys. Sometimes weldability refers to the susceptibility of hydrogen induced cracking during welding, but weldability in the context of this specification refers to the ease of welding that does not produce defects such as lack of fusion, lack of penetration or undercuts. There are several factors that contribute to poor weldability, including high surface tension molten weld pools and irregular or unstable welding arcs. These factors cause symptoms observed in welders, including poor wettability of the weld pool of adjacent base metals, sharp (or small) re-entry angles in the weld toe, and undesirable weld spatter. Achieving good weldability includes good weld pool fluidity, arc stability (“smooth” arc), good wettability of the weld pool at the junction with the base metal, and good bead penetration geometry (all aimed at reducing weld defects). attribute groups, including

가스 금속 아크 용접(GMAW): 충전제 와이어가 전극으로서 작용하고, 접촉 팁을 통해 자동으로 공급되고, 용접 공정에서 소모되는 토치를 이용하는 용접 프로세스. 접촉 팁은 전형적으로 용접 아크의 영역으로 차폐 가스를 보내는 가스 컵으로 둘러싸여 있다. 일반적인 차폐 가스는 아르곤, 이산화탄소, 헬륨 및 산소이다. 토치 이동은 기계(자동 또는 기계식)로 제공되거나 인간(반자동)이 제공할 수 있다. 공정 명칭 GMAW는 미국 용접 협회의 표준 지정이다. Gas Metal Arc Welding (GMAW) : A welding process using a torch in which a filler wire acts as an electrode, is fed automatically through a contact tip, and is consumed in the welding process. The contact tip is typically surrounded by a gas cup that directs shielding gas into the area of the welding arc. Common shielding gases are argon, carbon dioxide, helium and oxygen. Torch movement can be provided by a machine (automatic or mechanical) or by a human (semi-automatic). The process designation GMAW is the standard designation of the American Welding Association.

펄스형(pulsed) 가스 금속 아크 용접(PGMAW): 전류 펄스화 능력 제공하는 전원을 이용하는 GMAW 공정의 변형. 이는 진보된 전류 파형 전원으로도 불린다. 미국 용접 협회는 PGMAW를 GMAW-P로 지칭한다. Pulsed Gas Metal Arc Welding (PGMAW) : A variant of the GMAW process that uses a power source that provides current pulsing capability. It is also referred to as an advanced current waveform power supply. The American Welding Association refers to PGMAW as GMAW-P.

GMAW 기반 공정: PGMAW, 금속 코어 아크 용접(MCAW) 및 플럭스 코어 아크 용접(FCAW)과 같은 GMAW와 유사한 다수의 연합된 공정. MCAW와의 주된 차이점은, 코어화된(cored) 와이어가 사용되고 코어 내에 금속 분말이 존재한다는 것이다. FCAW 공정은 또한 코어화된 와이어를 사용하고 코어는 전형적으로 플럭스 분말로 구성된다. FCAW는 차폐 가스의 유무에 관계없이 사용할 수 있다. GMAW-Based Processes : Many associated processes similar to GMAW, such as PGMAW, Metal Core Arc Welding (MCAW) and Flux Core Arc Welding (FCAW). The main difference from MCAW is that a cored wire is used and metal powder is present in the core. The FCAW process also uses a cored wire and the core is typically composed of a flux powder. FCAW can be used with or without shielding gas.

오스테나이트: 표심 입방정(FCC) 원자 결정 구조를 갖는 강의 야금 상을 의미할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. Austenite : may mean, but is not limited to, a metallurgical phase of steel having a surface-centered cubic (FCC) atomic crystal structure.

마르텐사이트(martensite): 모(parent) 상(전형적으로 오스테나이트) 및 생성물 상이 특정 배향 관계를 갖는 무확산 상 변환에 의해 형성될 수 있는(비제한적임) 강에서의 야금 상을 의미할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. martensite : may refer to a metallurgical phase in a steel that can be formed (but is not limited to) by a diffusionless phase transformation in which the parent phase (typically austenite) and the product phase have a specific orientation relationship, but , but not limited thereto.

ε(엡실론)-마르텐자이트: 오스테나이트 상을 냉각 또는 변형시킬 때 조밀(close packed) 육방 원자 결정 구조를 갖는 특정 형태의 마르텐사이트를 의미할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. ε-마르텐사이트는 전형적으로 오스테나이트 상의 조밀 (111) 평면 상에 형성되며 변형 트윈 또는 형태학상의 적층 결함 클러스터와 유사하다. ε (epsilon)-martensite : may refer to a specific type of martensite having a close packed hexagonal atomic crystal structure when the austenite phase is cooled or deformed, but is not limited thereto. ε-Martensite typically forms on the dense (111) plane of the austenite phase and resembles strain twins or morphologically stacked defect clusters.

α'(알파 프라임)-마르텐사이트: 오스테나이트 상의 냉각 또는 변형 시 형성되는, 체심 입방정(BCC) 또는 체심 정방정(BCT) 원자 결정 구조를 갖는 특정한 형태의 마르텐사이트를 의미할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고; α'-마르텐사이트는 전형적으로 소판으로서 형성된다. α' (alpha prime)-martensite : may refer to a specific type of martensite having a body-centered cubic (BCC) or body-centered tetragonal (BCT) atomic crystal structure, which is formed upon cooling or deformation of the austenite phase, but is limited thereto not to be; α'-martensite is typically formed as platelets.

탄화물: 철/금속 및 탄소의 화합물을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Carbide : It may mean a compound of iron/metal and carbon, but is not limited thereto.

용접 금속 조성: Weld metal composition :

일 양태에서, 본 명세서는 최신 가스 금속 아크 용접(GMAW) 공정을 사용하여 적용되는 오스테나이트 용접 금속을 제공한다. 이는 적절한 강도, 용접 금속 및 베이스 금속 열 영향 구역 모두에서 적절한 저온 인성, 및 결함 비율이 낮은 용접을 동시에 달성할 수 있는, 내침식성 고 Mn 강 구성요소를 저 탄소 강 구성요소에 용접하는데 유용한 오스테나이트 미세구조를 생성한다. 본 발명의 실시양태는 양호한 용접 풀 유동성, 아크 안정성("스무스" 아크), 베이스 금속과의 접합부에서의 용접 풀의 양호한 습윤성 및 양호한 비드 침투 기하 구조를 포함하는 속성 군(이들 모두는 용접 결함을 줄이는 것을 목표로 한다)을 일컫는 양호한 용접성을 수득한다.In one aspect, the present disclosure provides an austenitic weld metal that is applied using a state-of-the-art gas metal arc welding (GMAW) process. It is useful for welding erosion-resistant high Mn steel components to low carbon steel components, capable of simultaneously achieving adequate strength, adequate low temperature toughness in both weld metal and base metal heat affected zones, and low defect rate welds. create a microstructure. Embodiments of the present invention provide a class of attributes including good weld pool fluidity, arc stability (“smooth” arc), good wettability of the weld pool at the junction with the base metal, and good bead penetration geometry, all of which are susceptible to weld defects. good weldability is obtained.

DMW-HMS 용접 금속 화학 물질은, 베이스 금속 HMS 화학 물질 및 베이스 금속 HMS 화학 물질과 함께 필요한 소모성 용접 와이어 조성을 계산하는데 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 소모성 용접 와이어 화학 물질, 베이스 금속 HMS 화학 물질, 및 베이스 금속 저 탄소 강 화학 물질이 DMW-HMS 용접 금속 화학 물질을 계산하는 데 사용될 수 있다. DMW-HMS 화학 물질은 용접 와이어 화학 물질의 변경과 침투량과 베이스 금속 희석량을 제어하는 용접 공정의 지식으로 다양한 HMS 및 저 탄소 강 베이스 금속에 적용할 수 있다. 용접 공학 분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 희석 계산은 3 가지 화학 물질이 공지되거나 특정될 때 4 가지 화학 물질 중 하나를 결정하는데 사용될 수 있다. 용접 HMS-탄소 강 구성 요소(예: 저 탄소 강 고리 대 HMS 슬러리 파이프)의 경우 4 가지 금속이 관여한다: HMS 베이스 금속, 저 탄소 강 베이스 금속, 용접 금속 및 충전제 와이어. 본원에 기재된 MCAW 용접의 적용을 위해, 희석은 대다수의 용접 통과에서 전형적으로 5 % 내지 20 %이다. 희석 계산은 당업계에 공지되어 있으며 문헌[Welding Metallurgy, Volume 2, Third Edition, by George E. Linnert that was published by The American Welding Society]으르 비롯한 많은 용접 공학 교재에 설명되어 있다.The DMW-HMS weld metal chemistry can be used together with the base metal HMS chemistry and the base metal HMS chemistry to calculate the required consumable welding wire composition. In a similar manner, consumable welding wire chemistries, base metal HMS chemistries, and base metal low carbon steel chemistries can be used to calculate the DMW-HMS weld metal chemistry. DMW-HMS chemistries can be applied to a variety of HMS and low carbon steel base metals with the knowledge of the welding process to control changes in welding wire chemistry and penetration and base metal dilution. As is known to those skilled in the art of welding engineering, dilution calculations can be used to determine one of four chemicals when three chemicals are known or specified. For welded HMS-carbon steel components (eg low carbon steel rings to HMS slurry pipes), four metals are involved: HMS base metal, low carbon steel base metal, weld metal and filler wire. For the applications of MCAW welding described herein, the dilution is typically between 5% and 20% in the majority of weld passes. Dilution calculations are known in the art and are described in many welding engineering textbooks, including Welding Metallurgy, Volume 2, Third Edition, by George E. Linnert that was published by The American Welding Society.

본 발명의 용접 금속은, 예컨대 저 탄소 강 고리 및 플랜지를 내침식성 고 Mn 강(HMS), 예컨대 HMS 슬러리 파이프에 접합시키는 이종 금속 용접에서 적절한 기계적 특성을 생성한다. 이러한 새로운 용접은 슬러리 파이프라인에 적합하며, 이러한 용접은 허용가능한 용접성 및 결함 비율로 현장 구축 중에 적용될 수 있다. 특정 적용례에 요망되는 용접 금속은 용접 금속 화학 물질 및 용접 방법을 선택하여 설계되며, 적절한 용접 미세구조 및 기계적 특성을 생성하기 위해 견고한(rugged) 현장 파이프라인 구축 조건에 적용될 수 있다.The weld metal of the present invention produces suitable mechanical properties in dissimilar metal welding, such as joining low carbon steel rings and flanges to erosion resistant high Mn steel (HMS), such as HMS slurry pipe. These new welds are suitable for slurry pipelines, and these welds can be applied during field construction with acceptable weldability and defect rates. The weld metal desired for a particular application is designed with a selection of weld metal chemistries and welding methods, and can be applied to rugged field pipeline construction conditions to produce appropriate weld microstructure and mechanical properties.

일 실시양태에서, 용접 금속은, 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2 중량% 내지 약 8 중량%의 크롬, 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 10.0 중량% 이하의 니켈, 약 1.0 중량% 이하 양의 규소, 약 200ppm 이하 양의 황, 및 약 200ppm 이하 양의 인을 포함하고, 잔부는 Fe이다. 달리 명시하지 않는 한, 용접 금속의 조성과 관련된 모든 %는 중량%로 표시된다. 용접 금속 조성물의 잔부는 철이지만, 용접 금속은 예를 들어 불순물 등과 같은 다른 열거되지 않은 성분을 포함할 수 있다.In one embodiment, the weld metal comprises from about 0.1 wt% to about 0.4 wt% carbon, from about 15 wt% to about 25 wt% manganese, from about 2 wt% to about 8 wt% chromium, about 2.0 wt% % molybdenum in an amount up to about 10.0 weight percent nickel, silicon in an amount up to about 1.0 weight percent sulfur, in an amount up to about 200 ppm sulfur, and phosphorus in an amount up to about 200 ppm, the balance being Fe. Unless otherwise specified, all percentages related to the composition of the weld metal are expressed in weight percent. The balance of the weld metal composition is iron, but the weld metal may include other unlisted components, such as impurities, for example.

다른 원소들이 후술되는 다른 이유로 인해 첨가될 수 있다. 예컨대, 티타늄은 약 0.7 중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다.Other elements may be added for other reasons described below. For example, titanium may be added in an amount of about 0.7% by weight or less.

일부 실시양태에서, 상기 용접 금속은 하기 중 하나 이상을 포함한다: 약 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소; 약 18.0 내지 22.0 중량%의 망간; 약 3.5 내지 6.5 중량%의 크롬; 약 1.5 중량% 미만의 몰리브덴; 약 5.5 내지 8.5 중량%의 니켈; 약 0.4 내지 0.8 중량%의 규소; 약 150ppm 미만의 황; 및 약 0.15 내지 0.45 중량%의 티타늄.In some embodiments, the weld metal comprises one or more of: about 0.1 to 0.3 weight percent carbon; about 18.0 to 22.0 weight percent manganese; about 3.5 to 6.5 weight percent chromium; less than about 1.5 weight percent molybdenum; about 5.5 to 8.5 weight percent nickel; about 0.4 to 0.8 weight percent silicon; less than about 150 ppm sulfur; and about 0.15 to 0.45 weight percent titanium.

본 발명에 기재된 고 Mn 강 용접 금속은, 두 개의 강이 용접에 의해 접합될 필요가 있는 적용례, 예컨대 슬러리 파이프 적용례에서 사용되는 베이스 금속 저 탄소 강 및 베이스 금속 고 Mn 강의 최소 기계적 특성을 충족시키도록 요구된다. 이와 같이, DMW-HMS 용접 금속 미세구조는 내침식성 HMS 베이스 금속 및 저 탄소 강 미세구조 둘다와 적절하게 사용성일 수 있다. 이러한 목적을 위한 적절한 용접 금속 미세구조는 실온에서 면심 입방(fcc) 구조의 준안정성 오스테나이트 상으로 이루어진다.The high Mn steel weld metal described in the present invention is designed to meet the minimum mechanical properties of the base metal low carbon steel and the base metal high Mn steel used in applications where two steels need to be joined by welding, such as slurry pipe applications. is required As such, the DMW-HMS weld metal microstructure can be suitably used with both erosion-resistant HMS base metal and low carbon steel microstructures. A suitable weld metal microstructure for this purpose consists of a metastable austenite phase with a face-centered cubic (fcc) structure at room temperature.

변형시, 준안정성 오스테나이트 상은 변형-유도 변환을 통해 많은 상이한 상 변환을 겪을 수 있다. 이러한 변환은, 특정 강 화학 물질 및/또는 온도에 따라 트윈이 매트릭스, ε-마르텐자이트(육방 격자) 및 α'-마르텐자이트 (체심 정방 격자)와 정렬되는 오스테나이트 상을 마이크로트윈(fcc) 구조로 변환되는 것을 포함한다.Upon deformation, the metastable austenitic phase can undergo many different phase transformations through strain-induced transformations. This transformation results in microtwins (fcc) of the austenite phase, in which the twins are aligned with the matrix, ε-martensite (hexagonal lattice) and α'-martensite (body-centered tetragonal lattice), depending on the specific strong chemistry and/or temperature. ) to be transformed into a structure.

이러한 변환 생성물은 고 Mn 강의 고유한 특성을 생성하는 데 중요하다. 예를 들어, 미세한 미세구조는 1 차 오스테나이트 그레인을 효과적으로 분쇄하고(segment), 전위(dislocation) 운동에 큰 장애물로 작용한다. 이것은 효과적으로 그레인을 정제하고 높은 극한 인장 강도 및 연성의 탁월한 조합을 생성한다.These conversion products are important for creating the unique properties of high Mn steels. For example, the fine microstructure effectively segments primary austenite grains and acts as a major obstacle to dislocation motion. It effectively refines the grain and produces an excellent combination of high ultimate tensile strength and ductility.

베이스 금속 내침식성 고 Mn 강의 화학적 특성은 양호한 침식 및 마모 성능을 제공하는 변환 생성물을 생성하기 위해 특별히 조정되었다. 베이스 금속은 높은 준안정성 오스테나이트 상을 함유하도록 제조되며, 이는 종종 변환시에 경질 α'- 마르텐사이트로 변환된다. 이러한 강들의 표면 마모 시에, 높은 준안정성 오스테나이트 상의 표면 층이 α'- 마르텐사이트로 변환될 수 있다. 이러한 마찰-유도 상 전환은 강인한(tough) 비변환 준안정성 오스테나이트의 내부 위에 마르텐사이트로 이루어진 얇은 경질 표면층을 형성하게 된다. 이는 마모/침식 적용례를 위한 바람직한 조합이다. 일 실시양태에서, 고 Mn 강 베이스 금속은 2013EM118, PCT/US2014/020599(명칭: "향상된 내마모성 강 및 이의 제조 방법")에 기재된 바와 같이 제공된다.The chemical properties of the base metal erosion-resistant high Mn steel have been specially tuned to produce conversion products that provide good erosion and wear performance. The base metal is prepared to contain a highly metastable austenite phase, which is often converted to hard α′-martensite upon transformation. Upon surface wear of these steels, the surface layer of the highly metastable austenite phase may be converted to α′-martensite. This friction-induced phase transition results in the formation of a thin hard surface layer of martensite on the interior of the tough, untransformed metastable austenite. This is the preferred combination for wear/erosion applications. In one embodiment, the high Mn steel base metal is provided as described in 2013EM118, PCT/US2014/020599 entitled "Enhanced Abrasion Resistant Steel and Method of Making Same".

저 탄소 강과 내부식성 HMS를 접합하기 위한 본 발명의 DMW-HMS 용접 금속은 침식 작용에 노출되지 않는다. 예를 들어, DMW-HMS는 저 탄소 강 고리 또는 플랜지를 내침식성 HMS 슬러리 파이프의 외부에 결합시키는 데 사용될 수 있으며, 이와 같이, DMW-HMS는 파이프 내부의 침식 작용에 노출되지 않는다. 따라서 DMW-HMS 용접 금속에는 내침식성 HMS 베이스 금속에 필요한 내침식성 개선을 위한 마모 유도 된 표면 변환은 DMW-HMS 용접 금속에 필요하지 않다. 일 실시양태에서, 용접 금속의 탄소 수준은 내침식성 HMS 베이스 금속의 탄소 수준보다 상당히 낮은 수준으로 제어된다. 낮은 탄소 수준은 강도 및 저온 인성 요건을 충족시키기 위해 안정한 오스테나이트 상을 유지하며 저 탄소 강 베이스 금속과 더욱 상용성이다. 망간은 고 Mn 강의 주요 원소이며, 냉각 및 변형 중에 오스테나이트 구조를 안정화시키는 데 중요한다. 이와 같이, 일 실시양태에서, 용접 금속 중의 망간 수준은 베이스 금속과 유사하다.The DMW-HMS weld metal of the present invention for joining low carbon steel and corrosion-resistant HMS is not exposed to erosive action. For example, DMW-HMS can be used to bond low carbon steel rings or flanges to the exterior of an erosion-resistant HMS slurry pipe, such that DMW-HMS is not exposed to the erosive action inside the pipe. Therefore, wear-induced surface transformation for improved erosion resistance required for erosion-resistant HMS base metal is not required for DMW-HMS weld metal. In one embodiment, the carbon level of the weld metal is controlled to a level significantly lower than the carbon level of the erosion resistant HMS base metal. Low carbon levels maintain a stable austenitic phase to meet strength and low temperature toughness requirements and are more compatible with low carbon steel base metals. Manganese is a major element in high Mn steel and is important for stabilizing the austenite structure during cooling and deformation. As such, in one embodiment, the manganese level in the weld metal is similar to the base metal.

오스테나이트 HMS에서, 탄소는 효과적인 오스테나이트 안정화제로서 작용하고 또한 고용체 경화(hardening)에 의해 매트릭스를 강화시킨다. DMW-HMS 용접 금속의 탄소 함량 감소는 필요한 강도 특성을 생성하기 위해 용접 금속을 일부 추가 원소로써 합금화시키는 것을 필요로 한다.In austenitic HMS, carbon acts as an effective austenite stabilizer and also strengthens the matrix by solid solution hardening. Reducing the carbon content of the DMW-HMS weld metal requires alloying the weld metal with some additional elements to produce the required strength properties.

규소 첨가는 α'-마르텐사이트 변환을 유지하는 것 이외에 일부 고용체 강화를 제공한다. 또한 규소는 용접 중 모든 용접 위치에서 용접 풀의 유동성을 향상시켜 용접성을 향상시킨다. 일 실시양태에서, 용접 금속 중의 규소 함량은 용접성 이점으로 인해 베이스 금속 수준을 넘어서 증가되며, 예를 들어, 약 0.7 중량% 내지 약 0.6 중량% 범위이다. 특정 실시양태에서, 규소는 약 0.4 내지 0.7 중량 양으로 존재한다.Silicon addition provides some solid solution strengthening in addition to maintaining the α'-martensitic transformation. Silicon also improves weldability by improving the fluidity of the weld pool at all welding positions during welding. In one embodiment, the silicon content in the weld metal is increased beyond the base metal level due to weldability benefits, for example in the range of from about 0.7% to about 0.6% by weight. In certain embodiments, the silicon is present in an amount of about 0.4 to 0.7 by weight.

크롬 첨가는 내부식성을 증가시키고 용접 금속 내부식성이 적용례에 충분한 것을 보장하는데 중요하다. 보다 높은 수준으로 크롬을 첨가하면 냉각 중에 페라이트 상 형성이 증진되고 냉각 및 재가열 중에 탄화물이 생성된다. 일부 실시양태에서, 크롬 함량은 약 2.0 중량% 내지 약 8.0 중량% 범위이다. 다른 실시양태에서, 용접 금속 중의 크롬 함량은 약 2.0 중량% 내지 약 8.0 중량%, 약 2.0 중량% 내지 약 7.0 중량%, 약 2.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 약 2.0 중량% 내지 약 5.0 중량%, 약 2.0 중량% 내지 약 4.0 중량%, 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%, 약 3.0 중량% 내지 약 8.0 중량%, 약 3.0 중량% 내지 약 7.0 중량%, 약 3.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 약 3.0 중량% 내지 약 5.0 중량%, 약 3.0 중량% 내지 약 4.0 중량%, 약 4.0 중량% 내지 약 8.0 중량%, 약 4.0 중량% 내지 약 7.0 중량%, 약 4.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 약 4.0 중량% 내지 약 5.0 중량%, 약 5.0 중량% 내지 약 8.0 중량%, 약 5.0 중량% 내지 약 7.0 중량%, 약 5.0 중량% 내지 약 6.0 중량%, 약 6.0 중량% 내지 약 8.0 중량%, 약 6.0 중량% 내지 약 7.0 중량%, 또는 약 7.0 중량% 내지 약 8.0 중량% 범위이다. 다른 실시양태에서, 크롬 함량은 약 2.0 중량%, 약 2.5 중량%, 약 3.0 중량%, 약 3.5 중량%, 약 4.0 중량%, 약 4.5 중량%, 약 5.0 중량%, 약 5.5 중량%, 약 6.0 중량%, 약 6.5 중량%, 약 7.0 중량%, 약 7.5 중량%, 또는 약 8.0 중량%이다.Chromium addition increases corrosion resistance and is important to ensure that the weld metal corrosion resistance is sufficient for the application. The addition of higher levels of chromium promotes ferrite phase formation during cooling and carbide formation during cooling and reheating. In some embodiments, the chromium content ranges from about 2.0% to about 8.0% by weight. In other embodiments, the chromium content in the weld metal is from about 2.0 wt% to about 8.0 wt%, from about 2.0 wt% to about 7.0 wt%, from about 2.0 wt% to about 6.0 wt%, from about 2.0 wt% to about 5.0 wt% , about 2.0 wt% to about 4.0 wt%, about 2.0 wt% to about 3.0 wt%, about 3.0 wt% to about 8.0 wt%, about 3.0 wt% to about 7.0 wt%, about 3.0 wt% to about 6.0 wt% , about 3.0 wt% to about 5.0 wt%, about 3.0 wt% to about 4.0 wt%, about 4.0 wt% to about 8.0 wt%, about 4.0 wt% to about 7.0 wt%, about 4.0 wt% to about 6.0 wt% , about 4.0 wt% to about 5.0 wt%, about 5.0 wt% to about 8.0 wt%, about 5.0 wt% to about 7.0 wt%, about 5.0 wt% to about 6.0 wt%, about 6.0 wt% to about 8.0 wt% , from about 6.0% to about 7.0% by weight, or from about 7.0% to about 8.0% by weight. In other embodiments, the chromium content is about 2.0 wt%, about 2.5 wt%, about 3.0 wt%, about 3.5 wt%, about 4.0 wt%, about 4.5 wt%, about 5.0 wt%, about 5.5 wt%, about 6.0 wt% weight percent, about 6.5 weight percent, about 7.0 weight percent, about 7.5 weight percent, or about 8.0 weight percent.

몰리브덴 첨가는 현저한 고용체 강화를 제공한다. 몰리브덴의 첨가는 DMW-HMS 용접 금속에서 요구되는 강도 특성을 달성하는 데 중요한다. 본 발명의 용접 금속은 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴을 포함할 수 있다.Molybdenum addition provides significant solid solution strengthening. The addition of molybdenum is important to achieve the required strength properties in DMW-HMS weld metal. The weld metal of the present invention may comprise molybdenum in an amount up to about 2.0 weight percent.

니켈 첨가는 추가적인 오스테나이트 안정성을 제공할 수 있고 용접 금속 인성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 보다 높은 수준으로 니켈을 첨가하면, 강도가 감소될 수 있다. 일부 실시양태에서, 용접 금속은 약 10 중량% 이하 양의 니켈을 포함한다. 특정 실시양태에서, 니켈은 약 7%의 양으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 니켈은 약 0-10 중량%, 약 0-9 중량%, 약 0-8 중량%, 약 0-7 중량%, 약 0-6 중량%, 약 0-5 중량%, 약 0-4 중량%, 약 0-3 중량%, 약 0-2 중량%, 약 0-1 중량%, 약 1-10 중량%, 약 1-9 중량%, 약 1-8 중량%, 약 1-7 중량%, 약 1-6 중량%, 약 1-5 중량%, 약 1-4 중량%, 약 1-3 중량%, 약 1-2 중량%, 약 2-10 중량%, 약 2-9 중량%, 약 2-8 중량%, 약 2-7 중량%, 약 2-6 중량%, 약 2-5 중량%, 약 2-4 중량%, 약 0-3 중량%, 약 3-10 중량%, 약 3-9 중량%, 약 3-8 중량%, 약 3-7 중량%, 약 3-6 중량%, 약 3-5 중량%, 약 3-4 중량%, 약 4-10 중량%, 약 4-9 중량%, 약 4-8 중량%, 약 4-7 중량%, 약 4-6 중량%, 약 4-5 중량%, 약 5-10 중량%, 약 5-9 중량%, 약 5-8 중량%, 약 5-7 중량%, 약 5-6 중량%, 약 6-10 중량%, 약 6-9 중량%, 약 6-8 중량%, 약 6-7 중량%, 약 7-10 중량%, 약 7-9 중량%, 약 7-8 중량%, 약 8-10 중량%, 약 8-9 중량%, 또는 약 9-10 중량%의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 용접물은 약 0.0 중량%, 약 0.5 중량%, 약 1.0 중량%, 약 1.5 중량%, 약 2.0 중량%, 약 2.5 중량%, 약 3.0 중량%, 약 3.5 중량%, 약 4.0 중량%, 약 4.5 중량%, 약 5.0 중량%, 약 5.5 중량%, 약 6.0 중량%, 약 6.5 중량%, 약 7.0 중량%, 약 7.5 중량%, 약 8.0 중량%, 약 8.5 중량%, 약 9.0 중량%, 약 9.5 중량%, 또는 약 10.0 중량%의 니켈을 포함한다.Nickel addition can provide additional austenite stability and improve weld metal toughness. However, adding higher levels of nickel may reduce strength. In some embodiments, the weld metal comprises nickel in an amount of up to about 10 weight percent. In certain embodiments, nickel is present in an amount of about 7%. In some embodiments, nickel is about 0-10% by weight, about 0-9% by weight, about 0-8% by weight, about 0-7% by weight, about 0-6% by weight, about 0-5% by weight, about 0-4 wt%, about 0-3 wt%, about 0-2 wt%, about 0-1 wt%, about 1-10 wt%, about 1-9 wt%, about 1-8 wt%, about 1 -7% by weight, about 1-6% by weight, about 1-5% by weight, about 1-4% by weight, about 1-3% by weight, about 1-2% by weight, about 2-10% by weight, about 2- 9 wt%, about 2-8 wt%, about 2-7 wt%, about 2-6 wt%, about 2-5 wt%, about 2-4 wt%, about 0-3 wt%, about 3-10 wt% wt%, about 3-9 wt%, about 3-8 wt%, about 3-7 wt%, about 3-6 wt%, about 3-5 wt%, about 3-4 wt%, about 4-10 wt% %, about 4-9 wt%, about 4-8 wt%, about 4-7 wt%, about 4-6 wt%, about 4-5 wt%, about 5-10 wt%, about 5-9 wt% , about 5-8 wt%, about 5-7 wt%, about 5-6 wt%, about 6-10 wt%, about 6-9 wt%, about 6-8 wt%, about 6-7 wt%, It is present in an amount of about 7-10% by weight, about 7-9% by weight, about 7-8% by weight, about 8-10% by weight, about 8-9% by weight, or about 9-10% by weight. In certain embodiments, the weldment is about 0.0 wt%, about 0.5 wt%, about 1.0 wt%, about 1.5 wt%, about 2.0 wt%, about 2.5 wt%, about 3.0 wt%, about 3.5 wt%, about 4.0 wt% %, about 4.5 wt%, about 5.0 wt%, about 5.5 wt%, about 6.0 wt%, about 6.5 wt%, about 7.0 wt%, about 7.5 wt%, about 8.0 wt%, about 8.5 wt%, about 9.0 wt% %, about 9.5 weight percent, or about 10.0 weight percent nickel.

DMW-HMS 용접 금속에 첨가될 수 있는 몇 가지 추가적인 소량 원소 첨가제가 존재한다. 용접 금속을 강화시키기 위해 그레인 정제 및 석출 경화 목적으로 소량(예컨대, 약 0.7 중량% 이하 또는 약 0.15-0.45 중량%)의 티타늄을 첨가할 수 있다.There are several additional minor element additives that can be added to the DMW-HMS weld metal. Small amounts of titanium (eg, up to about 0.7 wt % or about 0.15-0.45 wt %) may be added for grain refining and precipitation hardening purposes to strengthen the weld metal.

황 및 인은 불순물이며, 의도적으로 첨가되지 않는다. 이러한 원소는 용접 소모품 중의 이들의 양을 제한함으로써 제어된다. 용접 고화 균열을 피하기 위해 황 및 인의 양을 제어해야 한다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 황 및 인은 각각 약 200 ppm 이하의 농도로 존재한다.Sulfur and phosphorus are impurities and are not intentionally added. These elements are controlled by limiting their amounts in the welding consumables. The amount of sulfur and phosphorus should be controlled to avoid weld solidification cracking. For example, in one embodiment, sulfur and phosphorus are each present in a concentration of about 200 ppm or less.

일부 실시양태에서, 용접물은 약 15-25 중량%, 약 15-23 중량%, 약 15-21 중량%, 약 15-19 중량%, 약 15-17 중량%, 약 17-25 중량%, 약 17-23 중량%, 약 17-21 중량%, 약 17-19 중량%, 약 19-25 중량%, 약 19-23 중량%, 약 19-21 중량%, 약 21-25 중량%, 약 21-23 중량%, 또는 약 23-25 중량%의 망간을 포함한다.In some embodiments, the weldment is about 15-25 wt%, about 15-23 wt%, about 15-21 wt%, about 15-19 wt%, about 15-17 wt%, about 17-25 wt%, about 17-23% by weight, about 17-21% by weight, about 17-19% by weight, about 19-25% by weight, about 19-23% by weight, about 19-21% by weight, about 21-25% by weight, about 21 -23 weight percent, or about 23-25 weight percent manganese.

용접 야금/미세구조/기계적 성질: Weld metallurgy/microstructure/mechanical properties :

신규한 DMW-HMS 용접 금속은 내침식성 HMS 구성요소(슬러리 파이프 포함)를 저 탄소 강 구성요소에 접합시키는 데 필요한 강도 및 인성을 제공할 수 있다. 이러한 특성 요건을 충족시키는 데 필요한 미세구조는 용접 금속 화학 물질 및 용접 공정 파라미터의 적절한 제어를 통해 달성된다.The novel DMW-HMS weld metal can provide the strength and toughness needed to bond erosion-resistant HMS components (including slurry pipes) to low carbon steel components. The microstructure necessary to meet these property requirements is achieved through appropriate control of the weld metal chemistry and welding process parameters.

DMW-HMS 용접 금속은 적용례(예: 슬러리 파이프)에 필요한 최소 인장 강도 특성을 달성해야 한다. 예를 들어, 용접 금속 인장 강도는 내침식성 HMS 베이스 재료 또는 저 탄소 강 구성요소 베이스 재료에 대한 구성요소 설계에 의해 요구되는 특정된 최소 극한 인장 강도(SMUTS)(어떤 경우에서도 최저임)보다 커야 한다. 본원에 기재된 일부 실시양태에서, 저 탄소 강 구성요소에 대한 SMUTS는 내침식성 HMS 구성요소에 대한 SMUTS보다 낮다. 일 실시양태에서, 본 발명의 DMW-HMS 용접 금속은, 고도의 준안정성 오스테나이트 상이고, 이는 경질의 α'- 마르텐사이트로 변환되고 변형시 마이크로 트위닝을 겪기 때문에, 이러한 모든 요건을 달성한다. 또한, 용접 금속 내의 고용체 강화 원소(예를 들어, 몰리브덴)는 격자 전위 운동을 교란시킴으로써 추가의 보강을 제공할 수 있다. 일 실시양태에서, 이들 강화 메카니즘의 조합은 인장 강도 요건을 달성하는 고강도 및 가공 경화 속도를 제공한다.The DMW-HMS weld metal must achieve the minimum tensile strength properties required for the application (eg slurry pipe). For example, the weld metal tensile strength must be greater than the specified minimum ultimate tensile strength (SMUTS) (the lowest in any case) required by the component design for erosion-resistant HMS base materials or low carbon steel component base materials. . In some embodiments described herein, the SMUTS for low carbon steel components is lower than the SMUTS for erosion resistant HMS components. In one embodiment, the DMW-HMS weld metal of the present invention achieves all these requirements because it is a highly metastable austenitic phase, which is converted to hard α′-martensite and undergoes micro-twinning upon deformation. In addition, solid solution strengthening elements (eg, molybdenum) in the weld metal can provide additional reinforcement by perturbing the lattice dislocation motion. In one embodiment, the combination of these reinforcing mechanisms provides high strength and work hardening rates to achieve tensile strength requirements.

DMW-HMS 용접 금속은 적용례(예: 슬러리 파이프)에 필요한 최소 인성 특성을 달성해야 한다. 또한, 용접 근처의 베이스 금속(HAZ)은 이러한 최소 인성 특성을 달성해야 한다. 의도된 적용례에 대한 인성의 가장 일반적인 평가는, 용접 금속 및 HAZ의 몇몇 역역의 샤르피 V-노치(CVP) 시험을 수행하여 측정된 충격 인성이다. 에너지 단위(즉, 주울, J)로 보고된 시험 값은 적용례에 대한 설계 코드에 의해 특정된 최소 요구 CVN보다 커야 한다. DMW-HMS 용접은 용접 금속, 내침식성 HMS 베이스 금속 HAZ 및 저 탄소 강 HAZ의 요건을 모두 충족한다. 일 실시양태에서, 용접 금속 인성은 오스테나이트 상과 제한된 양의 탄화물로 구성된 용접 금속 미세구조로 달성되어 연성 파괴(ductile fracture) 모드를 제공한다. 내침식성 베이스 금속 HAZ 인성은 HAZ에서 탄화물 석출이 최소화되도록 용접 열 입력을 제어하여 달성될 수 있다. 높은 열 입력은 내침식성 HMS HAZ 그레인 경계에서 과도한 탄화물 석출을 초래하고 HAZ의 경도를 증가시켜 부적절한 CVN 인성 값을 초래할 수 있다. 일 실시양태에서, 저 탄소 강 HAZ 인성은 열 입력을 제어하여 달성된다. 용접 중 열 입력의 제어는 높은 경도 및 낮은 인성을 갖는 상, 예컨대 마르텐사이트의 형성을 피할 수 있다.The DMW-HMS weld metal must achieve the minimum toughness properties required for the application (eg slurry pipe). Also, the base metal (HAZ) near the weld must achieve these minimum toughness properties. The most common assessment of toughness for an intended application is impact toughness as measured by performing a Charpy V-notch (CVP) test of several inverse regions of the weld metal and HAZ. The test value reported in units of energy (ie, joules, J) shall be greater than the minimum required CVN specified by the design code for the application. DMW-HMS welding meets the requirements of weld metal, erosion-resistant HMS base metal HAZ and low carbon steel HAZ. In one embodiment, weld metal toughness is achieved with a weld metal microstructure composed of an austenitic phase and a limited amount of carbide to provide a mode of ductile fracture. Erosion-resistant base metal HAZ toughness can be achieved by controlling the weld heat input to minimize carbide precipitation in the HAZ. High heat input can lead to excessive carbide precipitation at the erosion-resistant HMS HAZ grain boundaries and increase the hardness of the HAZ, resulting in inadequate CVN toughness values. In one embodiment, the low carbon steel HAZ toughness is achieved by controlling the heat input. Controlling the heat input during welding can avoid the formation of phases with high hardness and low toughness, such as martensite.

특정 실시양태에서, 본 발명의 용접 금속은 오스테나이트 그레인을 포함하는 미세구조를 갖는다.In certain embodiments, the weld metal of the present invention has a microstructure comprising austenitic grains.

또 다른 실시양태에서, 용접 금속은 용접된 상태에서 항복 강도가, 고 망간 강 베이스 및/또는 저 탄소 강의 항복 강도보다 크거나, 필요한 최소 항복 강도보다 크다.In another embodiment, the weld metal has a yield strength in the as-welded state that is greater than the yield strength of the high manganese steel base and/or low carbon steel, or greater than the minimum required yield strength.

일 실시양태에서, 용접 금속은 용접된 상태에서 약 70ksi보다 큰 항복 강도를 갖는다. 특정 실시양태에서, 항복 강도는 약 72.5 ksi, 약 75 ksi, 약 77.5 ksi, 약 80 ksi, 또는 약 82.5 ksi보다 크다.In one embodiment, the weld metal has a yield strength of greater than about 70 ksi in the welded state. In certain embodiments, the yield strength is greater than about 72.5 ksi, about 75 ksi, about 77.5 ksi, about 80 ksi, or about 82.5 ksi.

일부 실시양태에서, 용접 금속은 용접된 상태에서 70ksi보다 큰 극한 인장 강도를 갖는다. 특정 실시양태에서, 극한 인장 강도는 약 85 ksi, 약 90 ksi, 약 95 ksi, 약 100 ksi, 약 105 ksi, 약 110 ksi, 약 115 ksi, 약 120 ksi, 약 125 ksi, 또는 약 130 ksi보다 크다.In some embodiments, the weld metal has an ultimate tensile strength greater than 70 ksi in the welded state. In certain embodiments, the ultimate tensile strength is greater than about 85 ksi, about 90 ksi, about 95 ksi, about 100 ksi, about 105 ksi, about 110 ksi, about 115 ksi, about 120 ksi, about 125 ksi, or about 130 ksi. Big.

또 다른 실시양태에서, 용접 금속은, -29℃에서, 약 27 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다. 특정 실시양태에서, 용접 용착물은, -29℃에서, 약 30 J, 약 35 J, 약 40 J, 약 45 J, 약 50 J, 약 55 J, 약 60 J, 약 65 J, 약 70 J, 약 75 J, 또는 약 80 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다.In another embodiment, the weld metal has a welded state CVN energy of greater than about 27 J at -29°C. In certain embodiments, the weld deposit is, at -29°C, about 30 J, about 35 J, about 40 J, about 45 J, about 50 J, about 55 J, about 60 J, about 65 J, about 70 J , has a welded state CVN energy greater than about 75 J, or about 80 J.

또 다른 실시양태에서, 용접 금속의 적용 후에, 고 Mn 강 HAV는, -29℃에서, 약 27 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다. 특정 실시양태에서, 고 Mn 강 HAV는 -29℃에서, 약 30 J, 약 35 J, 약 40 J, 약 45 J, 약 50 J, 약 55 J, 약 60 J, 약 65 J, 약 70 J, 약 75 J, 또는 약 80 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다.In another embodiment, after application of the weld metal, the high Mn steel HAV has a welded state CVN energy of greater than about 27 J, at -29°C. In certain embodiments, the high Mn steel HAV is about 30 J, about 35 J, about 40 J, about 45 J, about 50 J, about 55 J, about 60 J, about 65 J, about 70 J at -29°C. , has a welded state CVN energy greater than about 75 J, or about 80 J.

또 다른 실시양태에서, 용접 금속의 적용 후에, 저 탄소 강 HAZ는, -29℃에서, 약 27 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다. 특정 실시양태에서, 저 탄소 강 HAZ는 -29℃에서, 약 30 J, 약 35 J, 약 40 J, 약 45 J, 약 50 J, 약 55 J, 약 60 J, 약 65 J, 약 70 J, 약 75 J, 또는 약 80 J보다 큰 용접된 상태 CVN 에너지를 갖는다.In another embodiment, after application of the weld metal, the low carbon steel HAZ has a welded state CVN energy of greater than about 27 J at -29°C. In certain embodiments, the low carbon steel HAZ at -29°C is about 30 J, about 35 J, about 40 J, about 45 J, about 50 J, about 55 J, about 60 J, about 65 J, about 70 J , has a welded state CVN energy greater than about 75 J, or about 80 J.

용접성: Weldability :

신규한 DMW-HMS 용접 금속은 내침식성 HMS와 저 탄소 강과의 접합에 필요한 용접성을 제공할 수 있다. 이 용접성은 용접 금속 화학, 용접 공정 파라미터 및 용접 조인트 설계의 적절한 제어를 통해 달성된다.The novel DMW-HMS weld metal can provide the weldability needed for joining erosion-resistant HMS to low carbon steels. This weldability is achieved through proper control of weld metal chemistry, welding process parameters, and weld joint design.

일 실시양태에서, DMW-HMS 용접 금속은 1 차 오스테나이트로서 고화된다. 1 차 오스테나이트 구조는 용접 고화 균열에 취약할 수 있다. 어떠한 용접 고화 균열도 슬러리 파이프라인을 포함하여 오일 샌드 구성요소의 제조에 허용불가하므로, DMW-HMS 용접 금속은 실제 용접 파라미터를 사용하여 용접 중 고화 균열에 대한 적절한 내성을 제공해야 한다. 용접 금속 화학 물질의 적절한 제어는 DMW-HMS 용접 금속의 고화 균열을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 소모성 와이어 조성을 제어하면 적절한 수준의 합금 원소와 최소 수준의 황 및 인과 같은 불순물 원소를 보장하는 데 도움이 될 수 있다. 용접 금속 조성 범위가 적절한 범위 내에 있음을 보장하기 위해 베이스 금속의 희석이 관리되어야 한다. 베이스 금속 HMS는 DMW-HMS 용접 소모품보다 훨씬 높은 탄소 함량을 가지므로, 보다 큰 고화 균열 민감성을 초래하는 더 큰 희석을 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 희석 수준은 최대 열 입력을 제한함으로써 제어된다. 다른 실시양태에서, 희석 수준은 소정의 용접 비드 순서에 의해 제어된다. 고화 균열은 또한 용접 금속 고화 중에 발생하는 용접 잔류 응력의 크기와 위치에 의존한다. 추가 실시양태에서, 특정 용접 경사 기하구조는 DMW-HMS 용접 금속에서 보다 우호적인 용접 잔류 응력을 제공하고 고화 균열에 대한 내성을 개선시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 보다 큰 끼인 각(included angle)을 갖는 개방 경사는 보다 적은 깊이 대 폭 비(depth-to-width ratio)를 갖는 용접 비드를 생성한다. 이는, 보다 작은 끼인 각 및 보다 큰 열 유도 응력을 갖는 좁은 경사와 비교 시에 고화 균열 민감성을 감소시킬 수 있다. 열 유도 응력은 또한 이종 금속 구성요소들의 적절한 핏업(fit up) 정렬을 보장함에 의해 제어될 수도 있다. 이와 같이, HMS 구성요소 및 저 탄소 강 구성요소는 특정된 치수 공차 내에서 적절하게 제어되어야 한다.In one embodiment, the DMW-HMS weld metal solidifies as primary austenite. Primary austenitic structures can be susceptible to weld solidification cracking. Since any weld solidification cracking is unacceptable for the manufacture of oil sand components, including slurry pipelines, the DMW-HMS weld metal must provide adequate resistance to solidification cracking during welding using actual welding parameters. Proper control of weld metal chemistry can help prevent solidification cracking of DMW-HMS weld metal. Controlling the composition of the consumable wire can help ensure adequate levels of alloying elements and minimal levels of impurity elements such as sulfur and phosphorus. The dilution of the base metal must be controlled to ensure that the weld metal composition range is within the appropriate range. Base metal HMS has a much higher carbon content than DMW-HMS welding consumables, so it can have a greater dilution resulting in greater solidification cracking susceptibility. In one embodiment, the dilution level is controlled by limiting the maximum heat input. In other embodiments, the dilution level is controlled by a predetermined weld bead sequence. Solidification cracks also depend on the magnitude and location of weld residual stresses that occur during weld metal solidification. In a further embodiment, a specific weld bevel geometry is used to provide more favorable weld residual stress and improved resistance to solidification cracking in DMW-HMS weld metal. For example, in one embodiment, an open bevel with a larger included angle produces a weld bead with a smaller depth-to-width ratio. This may reduce solidification cracking susceptibility compared to narrow slopes with smaller included angles and larger thermally induced stresses. Thermally induced stress may also be controlled by ensuring proper fit up alignment of the dissimilar metal components. As such, HMS components and low carbon steel components must be properly controlled within specified dimensional tolerances.

용접 공정 파라미터 및 용접 적용례: Welding process parameters and welding application examples :

본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 본 발명의 용접 금속을 적용하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 용접 아크 안정성 및 용접 풀 유동 특성, 예컨대 점도 및 비드 형상을 제어하여 허용가능한 용접성을 제공하기 위해 용접 장비 및 파라미터를 사용할 수 있다. 고 Mn 강과 저 탄소 강을 접합하기 위한 용접을 제공하기 위한 시스템은, 가스 금속 아크 용접을 수행하는 가스 금속 아크 용접 전원 및 소모성 와이어 전극을 포함한다. 소모성 와이어 전극은 전술한 용접 금속을 포함한다. 예를 들어, 와이어 전극은, 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2.0 중량% 내지 약 8.0 중량%의 크롬, 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 10 중량%의 니켈, 약 0.70 중량% 이하 양의 규소, 약 100ppm 이하 양의 황, 및 약 200ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함한다. 가스 금속 아크 용접 전원은 약 2.5 kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 발생시킨다. 다른 실시양태에서, 용접 열 입력은 약 0.6 kJ/mm(약 15 kJ/인치) 내지 약 1.0 kJ/mm(약 25 kJ/인치)의 범위이다.According to another embodiment of the present invention, a system for applying a weld metal of the present invention is provided. The system can use welding equipment and parameters to control weld arc stability and weld pool flow properties such as viscosity and bead shape to provide acceptable weldability. A system for providing welding for joining high Mn steel and low carbon steel includes a gas metal arc welding power source for performing gas metal arc welding and a consumable wire electrode. The consumable wire electrode comprises the aforementioned weld metal. For example, the wire electrode may comprise from about 0.1 wt% to about 0.4 wt% carbon, from about 15 wt% to about 25 wt% manganese, from about 2.0 wt% to about 8.0 wt% chromium, about 2.0 wt% molybdenum in an amount up to about 10 weight percent nickel, silicon in an amount up to about 0.70 weight percent sulfur, in an amount up to about 100 ppm sulfur, and phosphorus in an amount up to about 200 ppm, and the balance comprising iron. A gas metal arc welding power source generates a welding heat input of less than about 2.5 kJ/mm. In other embodiments, the welding heat input ranges from about 0.6 kJ/mm (about 15 kJ/inch) to about 1.0 kJ/mm (about 25 kJ/inch).

슬러리 파이프라인 구축을 위한 실용적 생산성으로 제조된 양호한(sound) DMW-HMS 용접의 적용은 최근 개발된 용접 기술로 달성될 수 있다. 업계에서 사용 가능한 GMAW 용접기는 DMW-HMS 용접에 대한 우수한 용접성을 가능하게 한다. GMAW 전원 제조업체는 정교한 고체 상태 전자 장치를 사용하여 진보된 펄스형 파형 제어를 포함하였다. 이러한 파형 제어를 통해 용접성을 개선하고 최적화할 수 있다. 이러한 유형의 용접은 전형적으로 펄스형 GMAW 또는 PGMAW로도 불린다. 이러한 PGMAW 장치는 수년 동안 존재해 왔지만, 최근에서야 파형 제어능이 ER-HMS 현장 구축에 가장 유리한 최적화 수준을 가능케 하기에 충분하게 발전되었다.Application of sound DMW-HMS welding produced with practical productivity for building slurry pipelines can be achieved with recently developed welding techniques. Industry available GMAW welders enable excellent weldability for DMW-HMS welds. GMAW power manufacturers have included advanced pulsed waveform control using sophisticated solid-state electronics. This waveform control can improve and optimize weldability. This type of welding is typically also referred to as pulsed GMAW or PGMAW. These PGMAW devices have existed for many years, but only recently have their waveform control capabilities advanced sufficiently to enable the most favorable level of optimization for ER-HMS field deployments.

일 실시양태에서, DMW-HMS 용접은 GMAW 용접기로 제조된다. 특정 실시양태에서, DMW-HMS 용접은 펄스형 GMAW(PGMAW)로 적용된다. DMW-HMS 소모성 화학 물질은 예를 들어 시중에서 판매되는 GMAW 용접기를 사용하여 다수 용접 위치(1G-평면, 2G-수평, 3G-수직, 4G-오버헤드, 5G-파이프 수평)로 용접할 수 있다. 용접 소모품은 스트링거(stringer) 비드 또는 직조(weave) 비드로서 적용할 수 있다. 파라미터는 용접의 HMS 면과 용접의 저 탄소 강 면 모두에서 적절한 베이스 금속이 결합 및 융합을 보장하도록 선택될 수 있다.In one embodiment, the DMW-HMS weld is made with a GMAW welder. In certain embodiments, DMW-HMS welding is applied with pulsed GMAW (PGMAW). DMW-HMS consumable chemicals can be welded to multiple welding positions (1G-Plane, 2G-Horizontal, 3G-Vertical, 4G-Overhead, 5G-Pipe Horizontal) using, for example, a commercially available GMAW welder. . Welding consumables can be applied as stringer beads or weave beads. The parameters can be selected to ensure proper base metal bonding and fusion on both the HMS side of the weld and the low carbon steel side of the weld.

특정 실시양태에서, 저 탄소 강 고리는 현장 슬러리 파이프라인 구축 중에 HMS 슬러리 파이프의 외부에 접합된다. 다른 실시양태에서, DMW-HMS 용접은 GMAW-기반 공정, 예컨대 PGMAW를 사용하여 이루어진다. 특정 화학 물질 및 미세구조가 달성되고 용접성이 적용례에 만족스러우면 다른 공정이 사용될 수 있다. 사용할 수 있는 전원의 몇몇 예는 프로니우스 트랜스시너직(Fronius TransSynergic) 3200, 린콜 파워 웨이브(Lincoln Power Wave) 455 및 밀러 파이프프로(Miller PipePro) 450이다.In certain embodiments, the low carbon steel rings are bonded to the exterior of the HMS slurry pipe during construction of the on-site slurry pipeline. In other embodiments, DMW-HMS welding is made using a GMAW-based process, such as PGMAW. Other processes may be used if specific chemistries and microstructures are achieved and weldability is satisfactory for the application. Some examples of power sources that can be used are the Fronius TransSynergic 3200, the Lincoln Power Wave 455 and the Miller PipePro 450.

저 탄소 강(예: 저 탄소 강 고리)을 HMS(예: 내침식성 HMS 슬러리 파이프의 외부)에 접합시키기 위해 DMW-HMS 용접을 적용하는 시스템은 코어화된 와이어 소모품(금속 코어 또는 플럭스 코어)을 사용하는 반자동 GMAW 용접을 포함할 수 있다. 용접은 약 100 내지 약 180 암페어의 전류로 수행될 수 있다. 아크 전압은 약 15V 내지 약 30V 범위일 수 있다. 와이어 공급 속도는 직경이 약 1.2mm 인 와이어의 경우 약 80 내지 약 500ipm 범위일 수 있다. 또한, 용접은 약 10 내지 약 50 cfh 범위의 용접 차폐 가스 유속으로 수행될 수 있다. 다른 실시양태에서, 약 1.2 mm 내지 약 1.6 mm 범위의 직경을 갖는 충전제 와이어는 루트, 필 및 캡 패스에 대해 약 1 내지 약 18 ipm 범위의 이동 속도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 용접은 약 2.5 kJ/mm (63.5 kJ/인치) 미만의 열 입력으로 수행된다. 특정 실시양태에서, 용접은 약 1.97 kJ/mm (50 kJ/인치) 미만의 열 입력으로 수행된다. 상기 열 입력은 약 0.59 kJ/mm (약 15 kJ/인치) 내지 약 1.02 kJ/mm (약 26 kJ/인치)의 범위일 수 있다.Systems that apply DMW-HMS welding to join low carbon steel (e.g., low carbon steel rings) to HMS (e.g., the exterior of an erosion-resistant HMS slurry pipe) use cored wire consumables (metal cores or flux cores). Semi-automatic GMAW welding may be included. Welding may be performed with a current of about 100 to about 180 amps. The arc voltage may range from about 15V to about 30V. Wire feed rates may range from about 80 to about 500 ipm for a wire with a diameter of about 1.2 mm. In addition, welding may be performed with a weld shielding gas flow rate in the range of about 10 to about 50 cfh. In other embodiments, a filler wire having a diameter ranging from about 1.2 mm to about 1.6 mm may have a travel speed ranging from about 1 to about 18 ipm for the root, fill and cap passes. In some embodiments, the welding is performed with a heat input of less than about 2.5 kJ/mm (63.5 kJ/inch). In certain embodiments, the welding is performed with a heat input of less than about 1.97 kJ/mm (50 kJ/inch). The heat input may range from about 0.59 kJ/mm (about 15 kJ/inch) to about 1.02 kJ/mm (about 26 kJ/inch).

본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 본 발명의 용접 금속을 적용하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 용접 아크 안정성 및 용접 풀 유동 특성, 예컨대 허용가능한 용접성을 제공하는 점성 및 비드 형상을 제어할 수 있는 용접 장비 및 파라미터를 사용한다. 일 실시양태에서, 용접 금속 화학 물질, 용접 조인트 기하 구조 및 용접 입력은 용접 금속의 강도 및 인성을 보장하고 열 영향 구역(HAZ) 인성의 현저한 저하를 방지하도록 제어된다.According to another embodiment of the present invention, a method for applying a weld metal of the present invention is provided. This method uses welding equipment and parameters that can control weld arc stability and weld pool flow properties, such as viscosity and bead shape, to provide acceptable weldability. In one embodiment, the weld metal chemistry, weld joint geometry, and weld input are controlled to ensure strength and toughness of the weld metal and to prevent significant degradation of heat affected zone (HAZ) toughness.

고 Mn 강과 저 탄소 강을 접합하기 위한 용접 용착물의 제조 방법은, 용접될 고 Mn 강 베이스 및 저 탄소 강 베이스, 및 용접 충전제 금속을 제공하는 단계; 및 용접 충전제 재료를 용융 및 냉각시켜 용접 용착물을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 용접 충전제 금속은 약 0.1 중량% 내지 약 0.4 중량% 범위의 탄소, 약 15 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 망간, 약 2.0 중량% 내지 약 8.0 중량% 범위의 크롬, 약 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 약 10 중량% 이하 양의 니켈, 약 0.70 중량% 이하 양의 규소, 약 100ppm 이하의 황, 약 200ppm 이하의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함한다.A method of making a weld weldment for joining high Mn steel and low carbon steel comprises: providing a high Mn steel base and a low carbon steel base to be welded, and a weld filler metal; and melting and cooling the weld filler material to form a weld deposit. The weld filler metal may include carbon in the range of about 0.1% to about 0.4% by weight, manganese in the range of about 15% to about 25% by weight, chromium in the range of about 2.0% to about 8.0% by weight, in an amount up to about 2.0% by weight. of molybdenum, nickel in an amount up to about 10 weight percent, silicon in an amount up to about 0.70 weight percent, sulfur up to about 100 ppm sulfur, phosphorus up to about 200 ppm, and iron in an amount of up to about 0.70 weight percent.

특정 실시양태에서, 상기 용융은, 용접 충전제 금속/용접 소모성 와이어 조성물에 약 2.5 kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 적용하는 것을 포함한다.In certain embodiments, the melting comprises applying a welding heat input of about 2.5 kJ/mm or less to the weld filler metal/weld consumable wire composition.

특정 실시양태에서, 상기 고 Mn 강 베이스 및/또는 탄소 강 베이스 금속은 용접될 부분을 포함하고, 상기 부분(들)은 약 25°보다 큰 경사를 갖는다.In certain embodiments, the high Mn steel base and/or carbon steel base metal comprises a portion to be welded, wherein the portion(s) has a slope greater than about 25°.

본 발명의 일 실시양태는, 특정 적용 요건을 위한 DMW-HMS 용접을 제조하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 본원에 개시된 유효 범위 내에서 원하는 DMW-HMS 용접 금속 화학 물질을 결정하는 것을 포함한다. 일 실시양태에서, 상기 방법은 이전에 논의된 희석 계산을 수행하는 것을 포함할 수 있는, 베이스 금속 화학 물질 및 원하는 용접 금속 화학 물질이 주어진 경우 용접 소모성 와이어 화학 물질을 결정하는 단계를 포함한다. 다른 실시양태에서, 상기 방법은 상기 용접 소모성 와이어를 사용하여 상기 베이스 금속을 용접하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 용접은 만족스러운 용접성 및 용접 융합을 제공하기 위해 용접 중 아크 안정성 및 용접 풀 유동 특성을 제어하는 단계를 포함한다.One embodiment of the present invention includes a method of making a DMW-HMS weld for specific application requirements. The method includes determining the desired DMW-HMS weld metal chemistry within the effective range disclosed herein. In one embodiment, the method comprises determining a weld consumable wire chemistry given a base metal chemistry and a desired weld metal chemistry, which may include performing the previously discussed dilution calculations. In another embodiment, the method further comprises welding the base metal using the weld consumable wire. In certain embodiments, welding includes controlling arc stability and weld pool flow properties during welding to provide satisfactory weldability and weld fusion.

실시예Example

DMW-HMS 용접 금속의 검사: DMW-HMS 용접 금속의 실험실 규모 시험을 수행했다. 반자동 GMAW 공정은 다음 파라미터들로 수행되었다: 약 120 내지 145 암페어의 전류; 전형적으로 약 20V 내지 약 30V의 아크 전압; 직경 1.2mm 와이어에 대해 약 220 내지 250ipm의 와이어 공급 속도; 약 40 내지 약 50 cfh의 차폐 가스 유속; 루트, 필 및 캡 패스에 대해 약 3 내지 약 8 ipm의 이동 속도; 약 1.2 mm의 충전제 와이어 직경; 및 약 18-50 kJ/인치의 열 입력. 시험 용접의 특성(예: 항복 강도, 인장 강도 등)을 표 1에 나타내었다. Inspection of DMW-HMS Weld Metal: Lab scale testing of DMW-HMS weld metal was performed. A semi-automatic GMAW process was performed with the following parameters: a current of about 120 to 145 amps; arc voltage typically from about 20V to about 30V; a wire feed rate of about 220 to 250 ipm for a 1.2 mm diameter wire; a shielding gas flow rate of about 40 to about 50 cfh; travel speed of about 3 to about 8 ipm for root, fill and cap passes; Filler wire diameter of about 1.2 mm; and a heat input of about 18-50 kJ/inch. Table 1 shows the properties of test welds (eg, yield strength, tensile strength, etc.).

표 1. 몇몇 시험 용접에 대한 실시예 용접 금속 화학 물질 및 관련 특성.Table 1. Example weld metal chemistries and related properties for several test welds.

Figure 112018120029490-pct00001
Figure 112018120029490-pct00001

용접 금속의 -29℃에서의 극한 인장 강도 및 CVN 충격 인성이 표 2에 기재되어 있고, API X70 등급 기반 강도 요건을 갖는 내침심성 HMS 슬러리 파이프와 저 탄소 강 고리(ASME SA-516 등급 70 재료) 사이의 조인트에 대한 용접 요건과 비교하였다. DMW-HMS 용접 금속 인장 강도는, 보다 낮은 강도 재료인 저 탄소 강 고리의 특정 초소 극한 인장 강도(SMUTS)보다 커야 한다. 내부식성 HMS 재료에 대한 SMUTS는 82.7ksi이고, 저 탄소 강에 대한 SMUTS는 70ksi이다. 이와 같이, DMW-HMS 용접 금속은 70ksi(두 개의 SMUTS 값 중 낮은 값)보다 커야 한다. DMW-HMS 용접 금속 화학 물질에 대한 개질은 잠재적인 내침식성 HMS 범위에서 저 탄소 강 조인트에 필요한 용접 금속 인장 특성을 달성하기 위해 본원에 개시된 범위 내에서 수행될 수 있다. 표 2는 또한 생성된 DMW-HMS 시험 용접으로 달성되고 슬러리 파이프 적용례에 대한 용접 충격 인성 요건과 비교된 충격 인성(CVN) 값을 기재한다.The ultimate tensile strength and CVN impact toughness at -29°C of weld metal are listed in Table 2, and immersion resistant HMS slurry pipe and low carbon steel ring with API X70 grade based strength requirements (ASME SA-516 grade 70 material) Welding requirements for joints between The DMW-HMS weld metal tensile strength must be greater than the specified ultra-small ultimate tensile strength (SMUTS) of the lower strength material, a low carbon steel ring. The SMUTS for the corrosion-resistant HMS material is 82.7 ksi, and the SMUTS for the low carbon steel is 70 ksi. As such, the DMW-HMS weld metal must be greater than 70 ksi (the lower of the two SMUTS values). Modifications to the DMW-HMS weld metal chemistry can be performed within the ranges disclosed herein to achieve the weld metal tensile properties required for low carbon steel joints in the potentially erosion resistant HMS range. Table 2 also lists the impact toughness (CVN) values achieved with the resulting DMW-HMS test welds and compared to the weld impact toughness requirements for slurry pipe applications.

표 2. 탄소 강-HMS 시험 용접에 대한 용접 금속 기계적 특성.Table 2. Weld metal mechanical properties for carbon steel-HMS test welds.

Figure 112018120029490-pct00002
Figure 112018120029490-pct00002

현장 용접 절차의 시험(qualification). 표 3은, 용접 절차의 시험의 일부로 생성된 탄소 강-HMS 용접의 평균 시험 결과를 보여준다. 요구되는 값과 함께 시험 용접 결과가 기재된다. 탄소 강-HMS 용접 절차는 용접 금속, 고 Mn 강 및 저 탄소 강에 대한 우수한 충격 인성 값뿐만 아니라 교차-용접 인장 강도를 나타냈다. Qualification of field welding procedures . Table 3 shows the average test results of carbon steel-HMS welds produced as part of the testing of the welding procedure. The test weld results are reported together with the required values. The carbon steel-HMS welding procedure showed good impact toughness values as well as cross-weld tensile strength for weld metal, high Mn steel and low carbon steel.

표 3. 탄소 강-HMS 용접의 용접 금속 특성.Table 3. Weld metal properties of carbon steel-HMS welds.

Figure 112018120029490-pct00003
Figure 112018120029490-pct00003

전술한 실시양태는, 내침식성 HMS 슬러리 파이프라인을 제조하고 적용하기 위한 모든 요건을 만족하는, 저 탄소 강 용접에 대한 HMS를 생성할 수 있다.The foregoing embodiments are capable of producing HMS for low carbon steel welds that meet all requirements for making and applying erosion resistant HMS slurry pipelines.

용접 차폐 가스 조성물의 적절한 제어는 요구되는 특성을 갖는 양호한 탄소 강 HMS 용접의 생성에 중요하다. DMW-HMS 용접 금속의 점성은 차폐 가스에서 CO2를 사용함으로써 극복된다. 차폐 가스의 CO2는 용접 풀 유동성, 아크 안정성, 및 침투 프로파일을 비롯한 비드 기하 구조를 개선하는 역할을 한다. 이러한 모든 속성은 용접 동안 용접 결함을 피하기 위해 중요한다. 그러나, CO2를 사용하면 산소 포텐셜이 증가하고 용접 금속의 산소 함량이 증가될 수 있다. 용접 금속에서의 과도한 산화물 형성은 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 차폐 가스 내의 CO2의 양은 10 % 내지 30 % 사이로 제어되어야 한다. 바람직한 실시양태에서, DMW-HMS 용접 기술은 80 % Ar/20 % CO2의 조성을 갖는 차폐 가스를 적용한다.Proper control of the weld shielding gas composition is critical to the production of good carbon steel HMS welds with the required properties. The viscosity of the DMW-HMS weld metal is overcome by using CO 2 in the shielding gas. The CO 2 in the shielding gas serves to improve the bead geometry, including weld pool fluidity, arc stability, and penetration profile. All these properties are important to avoid welding defects during welding. However, the use of CO 2 may increase the oxygen potential and increase the oxygen content of the weld metal. Excessive oxide formation in the weld metal can degrade toughness. Therefore, the amount of CO 2 in the shielding gas should be controlled between 10% and 30%. In a preferred embodiment, the DMW-HMS welding technique applies a shielding gas having a composition of 80 % Ar/20 % CO 2 .

고화 균열의 위험을 최소화하기 위해 DMW-HMS 용접의 용접 비드 프로파일을 적절하게 제어해야 한다. 고도로 오목한 비드 프로파일은 고화 균열을 일으키기 쉽기 때문에 회피되어야 한다. 비드 프로파일은, 용접 전류, 와이어 공급 속도 및 용접 이동 속도를 적절하게 제어하여 제어할 수 있다.The weld bead profile of DMW-HMS welds must be properly controlled to minimize the risk of solidification cracking. Highly concave bead profiles should be avoided as they are prone to solidification cracking. The bead profile can be controlled by appropriately controlling the welding current, wire feed speed, and welding travel speed.

DMW-HMS 용접을 적용하기 위해 코어화된 와이어 소모품을 사용할 때, 금속 MCAW 및 FCAW과 같은 코어화된 와이어 용접 공정과 관련될 수 있는 전형적인 용접 문제를 회피하는 것이 중요하다. 이러한 잠재적 문제는 과도한 스패터(spatter) 및 용접 금속 다공성을 포함한다. 상기한 바와 같이 차폐 가스에서 CO2를 사용하면 스패터를 줄일 것이다. 용접 금속 다공성은 적절한 세정(cleaning) 방법, 예컨대 용접 조인트 및 소모성 와이어가 건조 및 세정, 오일 및 기타 파편의 제거를 통해 줄이거나 피할 수 있다. 코어화된 와이어 소모품이 고체 와이어 소모품보다 부적절한 보관시 습기를 수집하는 경향이 크기 때문에 적절한 소모품 보관 방법(온도 및 습도)을 따라야 한다.When using cored wire consumables to apply DMW-HMS welding, it is important to avoid typical welding problems that may be associated with cored wire welding processes such as metal MCAW and FCAW. These potential problems include excessive spatter and weld metal porosity. As mentioned above , the use of CO 2 in the shielding gas will reduce spatter. Weld metal porosity can be reduced or avoided through appropriate cleaning methods, such as drying and cleaning the weld joint and consumable wire, and removal of oil and other debris. Appropriate consumable storage practices (temperature and humidity) must be followed as cored wire consumables are more prone to collecting moisture during improper storage than solid wire consumables.

용접 공정 파라미터는, 슬러리 파이프 적용례를 위한 적절한 미세구조 및 특성을 갖는 양호한 DMS-HMS 용접을 제공하는 용접 열 입력을 생성하도록 제어될 수 있다. 용접 열 입력은 파이프라인 용접을 위한 실용적 생산성으로 일정한 융합을 가능하게 할만큼 충분히 높아야 한다. 그러나 요건을 만족하는 용접을 보장하기 위해서는 최대 약 2.5 kJ/mm 미만으로 제어해야 한다. 용접 열 입력 값을 초과하지 않게 보장하기 위해 용접 파라미터(전류, 전압 및 이동 속도)를 조정할 수 있다. 최대치를 초과하는 과도한 열 입력은 고화 균열, 용접 금속 인성 감소 및 베이스 금속 HAZ 인성 감소를 비롯한 많은 잠재적 문제를 초래할 수 있다.Welding process parameters can be controlled to produce a weld heat input that provides good DMS-HMS welds with suitable microstructure and properties for slurry pipe applications. Weld heat input must be high enough to enable consistent fusion with practical productivity for pipeline welding. However, it should be controlled to a maximum of less than about 2.5 kJ/mm to ensure a welding that meets the requirements. Welding parameters (current, voltage and travel speed) can be adjusted to ensure that the welding heat input values are not exceeded. Excessive heat input exceeding the maximum can lead to many potential problems including solidification cracking, reduced weld metal toughness, and reduced base metal HAZ toughness.

용접 열 입력은 고화 균열을 일으킬 수 있는 깊이 대 폭 비가 높은, 대형 용접 비드를 생성하는 것을 피하기 위해 최대 값 미만으로 제어될 수 있다. 이러한 높은 깊이 대 폭 비는, 용접 금속의 편석(segregation)이 증가하고 용접 조인트에서 횡 변형률이 증가하여 고화 균열의 가능성이 높아질 수 있다.Weld heat input can be controlled below the maximum value to avoid creating large weld beads with high depth-to-width ratios that can cause solidification cracking. Such a high depth-to-width ratio may increase the likelihood of solidification cracking due to increased segregation of the weld metal and increased lateral strain in the weld joint.

또한, 용접 열 입력 제어는, HMS 베이스 금속 HAZ 및 저 탄소 강 베이스 금속 HAZ에서 필요한 인성을 유지하는 데 중요하다. HMS 베이스 금속 HAZ에서, 열 입력이 너무 높으면 HMS 베이스 금속 HAZ의 그레인 경계에 과도한 탄화물 석출이 일어남이 이해될 것이다. 이것은 인성이 감소된 국지 영역을 초래할 수 있다. 최대 값 미만으로 제어된 용접 열 투입은, HAZ 그레인 경계에서 탄화물 침전물의 양을 감소시키는 열 사이클 및 냉각 속도를 제공한다. 이는, 파괴 인성 및 균열에 대한 내성을 향상시킨다. 따라서, DMW-HMS 용접 금속과 HMS 베이스 금속 HAZ 모두에서 필요한 인성을 보장하기 위해 적절한 열 입력 제어가 필요하다. 열 투입 제어는 또한 저 탄소 강 베이스 금속 HAZ에서 낮은 인성 미세구조(예: 마르텐사이트)의 형성을 감소시킨다.In addition, welding heat input control is important to maintain the required toughness in HMS base metal HAZ and low carbon steel base metal HAZ. In the HMS base metal HAZ, it will be understood that if the heat input is too high, excessive carbide precipitation will occur at the grain boundaries of the HMS base metal HAZ. This can result in localized areas with reduced toughness. Controlled welding heat input below the maximum provides a heat cycle and cooling rate that reduces the amount of carbide deposits at the HAZ grain boundary. This improves fracture toughness and resistance to cracking. Therefore, proper heat input control is required to ensure the required toughness in both the DMW-HMS weld metal and the HMS base metal HAZ. Heat input control also reduces the formation of low toughness microstructures (eg martensite) in the low carbon steel base metal HAZ.

상술된 용접 금속 화학 물질, 용접 공정 및 용접 방법의 적절한 적용은 HMS 슬러리 파이프라인을 구축하는데 필요한 미세구조 및 기계적 특성을 갖는 적절한 DMW-HMS 용접을 생성할 것이다. 신규한 DMW-HMS 용접 금속은 1G, 2G, 3G, 4G 및 5G 용접 위치에서 현대의 파이프라인 용접 장비를 사용하여 실질적인 생산성으로 적용될 수 있다.Proper application of the weld metal chemistries, welding processes and welding methods described above will produce suitable DMW-HMS welds with the microstructure and mechanical properties necessary to build HMS slurry pipelines. The novel DMW-HMS weld metal can be applied in 1G, 2G, 3G, 4G and 5G welding locations with practical productivity using modern pipeline welding equipment.

구체적 실시양태: Specific embodiments :

한 양태에 따르면, 본 발명은, 고 망간 강 베이스 금속을 저 탄소 강 베이스 금속에 접합시키기 위한 용접 조성물을 제공하며, 상기 조성물은 0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소; 15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간; 2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬; 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴; 10 중량% 이하 양의 니켈; 0.7 중량% 이하 양의 규소; 100ppm 이하 양의 황; 200ppm 이하 양의 인; 및 철을 포함하는 잔부를 포함하고, 용접물은 오스테나이트 미세구조를 포함한다.According to one aspect, the present invention provides a welding composition for bonding a high manganese steel base metal to a low carbon steel base metal, the composition comprising in the range of 0.1 wt % to 0.4 wt % carbon; manganese in the range of 15% to 25% by weight; 2.0 wt% to 8.0 wt% chromium; molybdenum in an amount up to 2.0% by weight; nickel in an amount of up to 10% by weight; silicon in an amount up to 0.7% by weight; sulfur in amounts up to 100 ppm; phosphorus in amounts of 200 ppm or less; and the remainder comprising iron, wherein the weldment comprises an austenitic microstructure.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접 조성물은 0.7 중량% 이하 양의 티타늄을 추가로 포함한다.In any aspect or embodiment described herein, the welding composition further comprises titanium in an amount up to 0.7 weight percent.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 탄소가 0.1 내지 0.3 중량%이고; 망간이 18.0 내지 22.0 중량%이고; 크롬이 3.5 내지 6.5 중량%이고; 몰리브덴이 1.5 중량% 미만의 양이고; 니켈이 5.5 내지 8.5 중량%이고; 규소가 0.4 내지 0.8 중량%이고; 황이 150ppm 미만의 양이고/이거나; 티타늄의 바람직한 범위가 0.15 내지 0.45 중량%이다.In any aspect or embodiment described herein, 0.1 to 0.3 weight percent carbon; 18.0 to 22.0 weight percent manganese; chromium from 3.5 to 6.5% by weight; molybdenum in an amount of less than 1.5% by weight; 5.5 to 8.5 weight percent nickel; 0.4 to 0.8 weight percent silicon; sulfur is less than 150 ppm; A preferred range of titanium is 0.15 to 0.45% by weight.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 용접 충전제 금속은 오스테나이트 미세구조를 갖는다.In any aspect or embodiment described herein, the weld filler metal has an austenitic microstructure.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 오스테나이트 미세구조는 경질 α'-마르텐사이트로 변환되고, 변형시 마이크로트위닝을 겪는다.In any aspect or embodiment described herein, the austenitic microstructure is converted to hard α′-martensite and undergoes microtweening upon deformation.

다른 양태에 따르면, 본 발명은, 고 망간 강과 저 탄소 강을 접합시키기 위한 용접을 제공하기 위한 시스템을 제공하며, 상기 시스템은According to another aspect, the present invention provides a system for providing welding for joining high manganese steel and low carbon steel, the system comprising:

0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소, 15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간, 2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬, 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 10 중량% 이하 양의 니켈, 0.7 중량% 이하 양의 규소, 200ppm 이하 양의 황, 200ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함하는 용접물을 생성하는 소모성 와이어 전극; 및carbon in the range of 0.1% to 0.4% by weight, manganese in the range of 15% to 25% by weight, chromium in the range of 2.0% to 8.0% by weight, molybdenum in an amount up to 2.0% by weight, nickel in an amount up to 10% by weight, 0.7 weight a consumable wire electrode producing a weldment comprising the remainder comprising silicon in an amount of % or less, sulfur in an amount of 200 ppm or less, phosphorus in an amount of 200 ppm or less, and iron; and

2.5kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 발생시키는, 가스 금속 아크 용접을 수행하는 가스 금속 아크 용접 전원Gas metal arc welding power source for performing gas metal arc welding, generating a welding heat input of 2.5 kJ/mm or less

을 포함한다.includes

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접물은 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소; 18.0 내지 22.0 중량%의 망간; 3.5 내지 6.5 중량%의 크롬; 1.5 중량% 미만의 몰리브덴; 5.5 내지 8.5 중량%의 니켈; 0.4 내지 0.8 중량%의 규소; 150ppm 미만의 황; 및/또는 0.15 내지 0.45 중량%의 바람직한 범위의 티타늄을 포함한다.In any aspect or embodiment described herein, the weldment comprises 0.1 to 0.3 weight percent carbon; 18.0 to 22.0 weight percent of manganese; 3.5 to 6.5% by weight of chromium; less than 1.5 weight percent molybdenum; 5.5 to 8.5 weight percent nickel; 0.4 to 0.8% by weight of silicon; less than 150 ppm sulfur; and/or 0.15 to 0.45 weight percent titanium in the preferred range.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접 열 입력은 0.6 내지 1.0 kJ/mm의 범위이다.In any aspect or embodiment described herein, the welding heat input is in the range of 0.6 to 1.0 kJ/mm.

추가 양태에 따르면, 본 발명은, 침식/부식 내성 고 Mn 강의 용접 용착물을 생성하는 방법을 제공하며, 이때 상기 방법은According to a further aspect, the present invention provides a method for producing a weld deposit of erosion/corrosion resistant high Mn steel, said method comprising:

용접될 고 Mn 강 베이스 및 저 탄소 강 베이스, 및a high Mn steel base and a low carbon steel base to be welded, and

0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소, 15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간, 2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬, 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 10 중량% 이하 양의 니켈, 0.7 중량% 이하 양의 규소, 100ppm 이하 양의 황, 100ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함하는 용접 충전제 금속carbon in the range of 0.1% to 0.4% by weight, manganese in the range of 15% to 25% by weight, chromium in the range of 2.0% to 8.0% by weight, molybdenum in an amount up to 2.0% by weight, nickel in an amount up to 10% by weight, 0.7 weight Weld filler metal comprising the balance comprising silicon in an amount of % or less, sulfur in an amount of 100 ppm or less, phosphorus in an amount of 100 ppm or less, and iron.

을 제공하는 단계; 및providing; and

용접 충전제 재료를 용융 및 냉각시켜 용접 용착물을 생성하는 단계melting and cooling the weld filler material to produce a weld weldment;

를 포함한다.includes

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용융은, 용접 충전제 금속에 2.5kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 제공하는 것을 포함한다.In any aspect or embodiment described herein, said melting comprises providing a weld heat input to the weld filler metal of 2.5 kJ/mm or less.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 2 개 이상의 강 베이스 금속은 용접될 부분을 포함하고, 상기 부분은 25°보다 큰 경사를 갖고, 상기 2 개 이상의 금속이 하나 이상의 고 Mn 강 및 하나 이상의 저 탄소 강을 갖는다.In any aspect or embodiment described herein, the at least two steel base metals comprise a portion to be welded, wherein the portion has a slope greater than 25°, and wherein the at least two metals comprise at least one high Mn steel and one It has more than low carbon steel.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접 용착물은 용접된 상태에서의 항복 강도가 상기 저 탄소 강 베이스 금속 및/또는 상기 고 Mn 강 베이스 금속의 항복 강도보다 크다.In any aspect or embodiment described herein, the weld deposit has a yield strength in the welded state greater than the yield strength of the low carbon steel base metal and/or the high Mn steel base metal.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접 용착물은, 용접된 상태에서 60ksi보다 큰 항복 강도를 갖고/갖거나; 상기 용접 용착물은, 용접된 상태에서 70ksi보다 큰 극한 인장 강도를 갖는다.In any aspect or embodiment described herein, the weld deposit has a yield strength of greater than 60 ksi in the welded state; The weld deposit has an ultimate tensile strength greater than 70 ksi in the welded state.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 용접 용착물은, -29℃에서, 27J보다 큰 용접된 상태 CVN을 갖고/갖거나; 상기 베이스 금속의 열 영향 구역은, -29℃에서, 27J보다 큰 용접-후 CVN을 갖는다.In any aspect or embodiment described herein, the weld deposit has, at -29°C, a welded state CVN greater than 27 J; The heat affected zone of the base metal, at -29°C, has a post-weld CVN greater than 27J.

본원에 기술된 임의의 양태 또는 실시양태에서, 상기 고 Mn 베이스 금속은 침식/부식 내성 고 Mn 강이다.In any aspect or embodiment described herein, the high Mn base metal is an erosion/corrosion resistant high Mn steel.

본 발명은 주로 오일, 가스 및/또는 석유화학 산업/시스템/적용례를 위한 구성 요소에서 사용하기 위한 강 조성물과 관련하여 원리적으로 설명되었지만, 그러한 설명은 본 발명의 목적으로만 이용되었으며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 반대로, 개시된 강 조성물은 다양한 적용례, 시스템, 작동 및/또는 산업에서 사용할 수 있다는 것을 인식해야 한다.While the present invention has been described in principle in the context of steel compositions for use primarily in oil, gas and/or components for petrochemical industry/systems/applications, such description has been used for the purpose of the present invention only and the present invention It is not intended to limit Conversely, it should be appreciated that the disclosed steel compositions may be used in a variety of applications, systems, operations, and/or industries.

본 발명의 시스템 및 방법이 그의 예시적인 실시양태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 그러한 예시적인 실시양태 및/또는 구현예에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 시스템 및 방법은 본 명세서의 개시로부터 당업자에게 쉽게 명백한 바와 같이, 많은 구현예 및 적용례에 민감할 수 있다. 본 발명은 개시된 실시양태의 이러한 수정, 개선 및/또는 변형을 명백하게 포함한다. 상기 구성에서 많은 변화가 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 많은 다른 실시양태가 만들어질 수 있으므로, 도면 및 명세서에 포함된 모든 사항은 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 제한적으로 해석되어서는 안된다. 추가의 수정, 변경 및 치환이 상기 개시에서 의도된다. 따라서, 첨부된 청구범위는 광범위하게 그리고 본 발명의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.While the systems and methods of the present invention have been described with reference to exemplary embodiments thereof, the present invention is not limited to such exemplary embodiments and/or implementations. Rather, the systems and methods of the present invention may be susceptible to many embodiments and applications, as will be readily apparent to those skilled in the art from the disclosure herein. The present invention expressly encompasses such modifications, improvements and/or variations of the disclosed embodiments. Since many changes can be made in the above construction, and many other embodiments of the invention can be made without departing from the scope of the invention, everything contained in the drawings and specification is to be construed as illustrative and not restrictive. should not be interpreted Further modifications, changes and substitutions are intended in the above disclosure. Accordingly, it is appropriate that the appended claims be construed broadly and in a manner consistent with the scope of the invention.

Claims (17)

고 망간 강 베이스(steel base) 금속을 저 탄소 강 베이스 금속에 접합시키기 위한 용접 조성물로서, 상기 조성물은
0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소;
15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간;
2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬;
2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴;
10 중량% 이하 양의 니켈;
0.7 중량% 이하 양의 규소;
100ppm 이하 양의 황;
200ppm 이하 양의 인; 및
철을 포함하는 잔부
를 포함하고,
용접물은 오스테나이트 미세구조(austenitic microstructure)를 포함하는, 조성물.
A welding composition for bonding a high manganese steel base metal to a low carbon steel base metal, the composition comprising:
carbon in the range of 0.1% to 0.4% by weight;
manganese in the range of 15% to 25% by weight;
2.0 wt% to 8.0 wt% chromium;
molybdenum in an amount up to 2.0% by weight;
nickel in an amount of up to 10% by weight;
silicon in an amount up to 0.7% by weight;
sulfur in amounts up to 100 ppm;
phosphorus in amounts of 200 ppm or less; and
balance containing iron
including,
wherein the weldment comprises an austenitic microstructure.
제 1 항에 있어서,
0.7 중량% 이하 양의 티타늄을 추가로 포함하는 조성물.
The method of claim 1,
A composition further comprising titanium in an amount of up to 0.7% by weight.
제 2 항에 있어서,
하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 조성물:
탄소가 0.1 내지 0.3 중량%임;
망간이 18.0 내지 22.0 중량%임;
크롬이 3.5 내지 6.5 중량%임;
몰리브덴이 1.5 중량% 미만의 양임;
니켈이 5.5 내지 8.5 중량%임;
규소가 0.4 내지 0.8 중량%임;
황이 150ppm 미만의 양임;
티타늄의 바람직한 범위가 0.15 내지 0.45 중량%임; 또는
이들의 조합.
3. The method of claim 2,
A composition comprising one or more of the following features:
0.1 to 0.3 weight percent carbon;
18.0 to 22.0 weight percent manganese;
chromium from 3.5 to 6.5% by weight;
molybdenum in an amount of less than 1.5% by weight;
5.5 to 8.5 weight percent nickel;
0.4 to 0.8 weight percent silicon;
sulfur in an amount less than 150 ppm;
A preferred range of titanium is 0.15 to 0.45 wt %; or
combinations of these.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오스테나이트 미세구조가 경질(hard) α'-마르텐사이트로 변환되고, 변형(straining)시 마이크로트위닝(microtwinning)을 겪는, 조성물.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
wherein the austenitic microstructure is converted to hard α′-martensite and undergoes microtwinning upon straining.
0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소, 15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간, 2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬, 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 10 중량% 이하 양의 니켈, 0.7 중량% 이하 양의 규소, 200ppm 이하 양의 황, 200ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함하는 용접물(weldment)을 생성하는 소모성(consumable) 와이어 전극; 및
2.5kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 발생시키는, 가스 금속 아크 용접을 수행하는 가스 금속 아크 용접 전원
을 포함하는, 고 망간 강과 저 탄소 강을 접합시키기 위한 용접을 제공하기 위한 시스템.
carbon in the range of 0.1% to 0.4% by weight, manganese in the range of 15% to 25% by weight, chromium in the range of 2.0% to 8.0% by weight, molybdenum in an amount up to 2.0% by weight, nickel in an amount up to 10% by weight, 0.7 weight a consumable wire electrode producing a weldment comprising the remainder comprising silicon in an amount of % or less, sulfur in an amount of 200 ppm or less, phosphorus in an amount of 200 ppm or less, and iron; and
Gas metal arc welding power source for performing gas metal arc welding, generating a welding heat input of 2.5 kJ/mm or less
A system for providing welding for joining high manganese steel and low carbon steel, comprising:
제 5 항에 있어서,
상기 용접물이 0.7 중량% 이하 양의 티타늄을 포함하는, 시스템.
6. The method of claim 5,
wherein the weldment comprises titanium in an amount of 0.7 wt % or less.
제 6 항에 있어서,
상기 용접물이, 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소; 18.0 내지 22.0 중량%의 망간; 3.5 내지 6.5 중량%의 크롬; 1.5 중량% 미만의 몰리브덴; 5.5 내지 8.5 중량%의 니켈; 0.4 내지 0.8 중량%의 규소; 150ppm 미만의 황; 0.15 내지 0.45 중량%의 바람직한 범위의 티타늄; 또는 이들의 조합물 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
7. The method of claim 6,
The weldment comprises 0.1 to 0.3 wt% of carbon; 18.0 to 22.0 weight percent of manganese; 3.5 to 6.5% by weight of chromium; less than 1.5 weight percent molybdenum; 5.5 to 8.5 weight percent nickel; 0.4 to 0.8% by weight of silicon; less than 150 ppm sulfur; 0.15 to 0.45 weight percent titanium in the preferred range; or a combination thereof.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 용접 열 입력이 0.6 내지 1.0 kJ/mm의 범위인, 시스템.
8. The method according to claim 6 or 7,
wherein the welding heat input is in the range of 0.6 to 1.0 kJ/mm.
용접될 고 Mn 강 베이스 및 저 탄소 강 베이스, 및
0.1 중량% 내지 0.4 중량% 범위의 탄소, 15 중량% 내지 25 중량% 범위의 망간, 2.0 중량% 내지 8.0 중량%의 크롬, 2.0 중량% 이하 양의 몰리브덴, 10 중량% 이하 양의 니켈, 0.7 중량% 이하 양의 규소, 100ppm 이하 양의 황, 100ppm 이하 양의 인, 및 철을 포함하는 잔부를 포함하는 용접 충전제 금속
을 제공하는 단계; 및
용접 충전제 재료를 용융 및 냉각시켜 용접 용착물(deposit)을 생성하는 단계
를 포함하는, 침식/부식 내성(erosion/corrosion resistant) 고 Mn 강의 용접 용착물을 생성하는 방법.
a high Mn steel base and a low carbon steel base to be welded, and
carbon in the range of 0.1% to 0.4% by weight, manganese in the range of 15% to 25% by weight, chromium in the range of 2.0% to 8.0% by weight, molybdenum in an amount up to 2.0% by weight, nickel in an amount up to 10% by weight, 0.7 weight Weld filler metal comprising the balance comprising silicon in an amount of % or less, sulfur in an amount of 100 ppm or less, phosphorus in an amount of 100 ppm or less, and iron.
providing; and
melting and cooling the weld filler material to form a weld deposit;
A method of producing a weld deposit of erosion/corrosion resistant high Mn steel comprising:
제 9 항에 있어서,
상기 용융이, 용접 충전제 금속에 2.5kJ/mm 이하의 용접 열 입력을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
10. The method of claim 9,
wherein the melting comprises providing a weld heat input of no greater than 2.5 kJ/mm to the weld filler metal.
제 9 항에 있어서,
2 개 이상의 강 베이스 금속이 용접될 부분을 포함하고, 상기 부분은 25°보다 큰 경사(bevel)를 갖고, 상기 2 개 이상의 금속이 하나 이상의 고 Mn 강 및 하나 이상의 저 탄소 강을 갖는, 방법.
10. The method of claim 9,
wherein at least two steel base metals comprise a portion to be welded, wherein the portion has a bevel greater than 25°, and wherein the at least two metals have at least one high Mn steel and at least one low carbon steel.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 용착물이, 용접된 상태(as-welded)에서의 항복 강도가 상기 저 탄소 강 베이스 금속 및/또는 상기 고 Mn 강 베이스 금속의 항복 강도보다 큰, 방법.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
wherein the weld deposit has a yield strength in an as-welded state greater than a yield strength of the low carbon steel base metal and/or the high Mn steel base metal.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 방법:
상기 용접 용착물이, 용접된 상태에서 60ksi보다 큰 항복 강도를 가짐;
상기 용접 용착물이, 용접된 상태에서 70ksi보다 큰 극한 인장 강도를 가짐; 또는
이들의 조합.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
A method comprising one or more of the following features:
wherein the weld deposit has a yield strength greater than 60 ksi in the welded state;
wherein the weld deposit has an ultimate tensile strength greater than 70 ksi in the welded state; or
combinations of these.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 특징 중 하나 이상을 포함하는 방법:
상기 용접 용착물이, -29℃에서, 27J보다 큰 용접된 상태 CVN을 가짐;
상기 베이스 금속의 열 영향 구역(heat affected zone)이, -29℃에서, 27J보다 큰 용접-후 CVN을 가짐; 또는
이들의 조합.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
A method comprising one or more of the following features:
the weld deposit, at -29°C, has a welded state CVN greater than 27J;
the heat affected zone of the base metal, at -29°C, has a post-weld CVN greater than 27J; or
combinations of these.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고 Mn 베이스 금속이 침식/부식 내성 고 Mn 강인, 방법.
12. The method according to any one of claims 9 to 11,
wherein the high Mn base metal is erosion/corrosion resistant and high Mn toughness.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 조성물에 의해 생성된 용접 용착물이, 용접된 상태에서 60ksi보다 큰 항복 강도를 갖는, 조성물.
The method of claim 1,
wherein the weld deposit produced by the welding composition has a yield strength greater than 60 ksi in the welded state.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 조성물에 의해 생성된 용접 용착물이, 용접된 상태에서 70ksi보다 큰 극한 인장 강도를 갖는, 조성물.
The method of claim 1,
wherein the weld deposit produced by the welding composition has an ultimate tensile strength of greater than 70 ksi in the welded state.
KR1020187034821A 2016-05-02 2017-05-02 On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel KR102308001B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662330405P 2016-05-02 2016-05-02
US62/330,405 2016-05-02
PCT/US2017/030689 WO2017192621A1 (en) 2016-05-02 2017-05-02 Field dissimilar metal welding technology for enhanced wear resistant high manganese steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180132959A KR20180132959A (en) 2018-12-12
KR102308001B1 true KR102308001B1 (en) 2021-10-05

Family

ID=60157286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187034821A KR102308001B1 (en) 2016-05-02 2017-05-02 On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel

Country Status (11)

Country Link
US (1) US11130204B2 (en)
EP (1) EP3452248B1 (en)
JP (1) JP6976273B2 (en)
KR (1) KR102308001B1 (en)
CN (1) CN109070283A (en)
AR (1) AR108268A1 (en)
AU (1) AU2017259782A1 (en)
BR (1) BR112018071994A2 (en)
CA (1) CA3022940C (en)
RU (1) RU2018141297A (en)
WO (1) WO2017192621A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014080791A1 (en) * 2012-11-22 2014-05-30 株式会社エフ・シ-・シ- Integral member production method and integral member
AR108267A1 (en) * 2016-05-02 2018-08-01 Exxonmobil Res & Eng Co STEEL PIPE WITH HIGH MANGANESE CONTENT WITH EROSION-CORROSION RESISTANCE OF THE EXTENSION WELDING AREA AND METHOD FOR PERFORMING IT
CN109835014B (en) * 2017-11-28 2021-03-12 宝山钢铁股份有限公司 High-strength high-toughness wear-resistant composite steel plate and manufacturing method thereof
US11860082B1 (en) * 2018-07-18 2024-01-02 Massachusetts Materials Technologies Llc Method of determining an index of quality of a weld in a formed object through mechanical contact testing
WO2020041085A1 (en) 2018-08-21 2020-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Mooring chains comprising high manganese steels and associated methods
CN112566750A (en) * 2018-08-23 2021-03-26 杰富意钢铁株式会社 Solid wire for gas metal arc welding
KR102321317B1 (en) * 2019-10-16 2021-11-02 주식회사 포스코 Wire rod for welding rod nd method for manufacturing thereof
KR20230025882A (en) * 2020-08-03 2023-02-23 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 Solid wire for gas metal arc welding
WO2022113473A1 (en) * 2020-11-26 2022-06-02 Jfeスチール株式会社 Welded joint and production method therefor
CN116529407A (en) * 2020-11-26 2023-08-01 杰富意钢铁株式会社 Welded joint and method for manufacturing same
CN113634948A (en) * 2021-06-30 2021-11-12 南京钢铁股份有限公司 CO of ultra-low temperature high manganese steel2Gas shielded welding wire and preparation method thereof
EP4316727A1 (en) * 2022-08-05 2024-02-07 Outokumpu Oyj Filler metal for welding of dissimilar welds

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105345233A (en) * 2015-11-30 2016-02-24 天津威尔朗科技有限公司 Gas metal arc welding process of medium-manganese wear-resistant steel and Q345B low-alloy steel

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5126132B2 (en) * 1972-09-25 1976-08-04
US4017711A (en) 1972-09-25 1977-04-12 Nippon Steel Corporation Welding material for low temperature steels
JPS5659597A (en) * 1979-10-19 1981-05-23 Daido Steel Co Ltd Filler metal for high-manganese, nonmagnetic steel
JP2646061B2 (en) * 1993-05-31 1997-08-25 株式会社栗本鐵工所 High manganese non-magnetic casting
US5798004A (en) * 1995-01-26 1998-08-25 Nippon Steel Corporation Weldable high strength steel having excellent low temperature toughness
JP3851394B2 (en) * 1996-12-05 2006-11-29 株式会社神戸製鋼所 High Mn stainless steel welding wire for cryogenic temperatures with excellent resistance to welding hot cracking
CN1159133C (en) * 2002-05-30 2004-07-28 燕山大学 High-toughness welding wire adaptive for low carbon microalloy
TWI295603B (en) * 2005-06-15 2008-04-11 Kobe Steel Ltd Solid wires for gas-shielded arc welding
JPWO2009069762A1 (en) * 2007-11-30 2011-04-21 日本ピストンリング株式会社 Piston ring steel and piston ring
CN101664862A (en) * 2009-09-25 2010-03-10 王新虎 Iron-based high-titanium wear-resistant surfacing flux-cored welding wire
JP5041029B2 (en) * 2010-04-30 2012-10-03 住友金属工業株式会社 Method for producing high manganese steel
KR101271974B1 (en) 2010-11-19 2013-06-07 주식회사 포스코 High-strength steel having excellent cryogenic toughness and method for production thereof
US20120160363A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
CN102500950B (en) * 2011-10-09 2014-02-19 四川大西洋焊接材料股份有限公司 Welding electrode for welding X65-grade pipeline steel
EA028243B1 (en) * 2012-07-27 2017-10-31 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани High strength steel weld metal for demanding structural applications
US20140261918A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Enhanced wear resistant steel and methods of making the same
KR20150066372A (en) * 2013-12-06 2015-06-16 주식회사 포스코 Material for submerged arc welding and gas metal arc welding having excellent impact resistance and abrasion resistance properties
KR20150066373A (en) 2013-12-06 2015-06-16 주식회사 포스코 Welded joint having excellent impact resistance and abrasion resistance properties
WO2015083878A1 (en) 2013-12-06 2015-06-11 주식회사 포스코 High-strength welding joint having excellent cryogenic impact toughness, and wire for flux-cored arc welding therefor
KR20150066369A (en) 2013-12-06 2015-06-16 주식회사 포스코 Flux-cored arc welding material having excellent impact resistance and abrasion resistance properties
KR20150085769A (en) * 2014-01-16 2015-07-24 대우조선해양 주식회사 Welding method of butt joint
CN104942475B (en) * 2015-07-10 2017-06-16 北京工业大学 A kind of X90/X100 pipe line steels high intensity metallic core welding wire for submerged-arc welding and preparation method thereof
KR101568642B1 (en) 2015-09-07 2015-11-12 주식회사 포스코 Material for submerged arc welding and gas metal arc welding having excellent impact resistance and abrasion resistance properties
CN105234583A (en) * 2015-10-26 2016-01-13 钢铁研究总院 X80 submerged-arc welding wire applicable to welding of coal-to-gas pipes
CN105397335B (en) * 2015-12-21 2017-10-24 四川鸿舰重型机械制造有限责任公司 Water cooling grate plate, material scraping plate flux-cored welding wire for overlaying welding

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105345233A (en) * 2015-11-30 2016-02-24 天津威尔朗科技有限公司 Gas metal arc welding process of medium-manganese wear-resistant steel and Q345B low-alloy steel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018141297A (en) 2020-06-03
WO2017192621A1 (en) 2017-11-09
JP2019519675A (en) 2019-07-11
CN109070283A (en) 2018-12-21
EP3452248B1 (en) 2021-07-14
KR20180132959A (en) 2018-12-12
US20170312862A1 (en) 2017-11-02
AU2017259782A1 (en) 2018-10-25
JP6976273B2 (en) 2021-12-08
RU2018141297A3 (en) 2020-08-11
EP3452248A4 (en) 2019-12-04
US11130204B2 (en) 2021-09-28
EP3452248A1 (en) 2019-03-13
CA3022940A1 (en) 2017-11-09
CA3022940C (en) 2024-06-04
AR108268A1 (en) 2018-08-01
BR112018071994A2 (en) 2019-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102308001B1 (en) On-site dissimilar metal welding technology for improved wear resistance and high manganese steel
KR102266804B1 (en) On-site girth welding technology for high manganese steel slurry pipelines
US20240157486A1 (en) Methods of welding high manganese steel with step-out weld zone erosion-corrosion resistance
JP6016170B2 (en) High toughness weld metal with excellent ductile tear strength
Konkol et al. Friction stir welding of HSLA-65 steel for shipbuilding
RU2746510C2 (en) Welding method with laser application of metal, parts obtained by this method, and application in oil, gas and petrochemical industries
Yue et al. Welding technology development for an erosion-resistant slurry pipeline steel
US20220063019A1 (en) Improvements in the welding of pipes
Goswami et al. Traditions in hardfacing technology and wear resistance-2
JPH08168895A (en) Composite wire for welding of rail steel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant